академія медичних наук України

інститут травматології та ортопедії

калашніков олексій валерійович

удк 616.71–003:615.466

порушення та корекція структурно-функціонального

стану кісткової тканини

(експериментальне та клінічне дослідження)

14.01.21 – травматологія та ортопедія

Автореферат

дисертація на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті травматології та ортопедії АМН України.

Науковий керівник:

Доктор медичних наук, професор, чл.-кор. АМН України, Заслужений діяч науки і техніки, Лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки Гайко Георгій Васильович, Інститут травматології та ортопедії АМН України, директор, завідувач відділу травматології та ортопедії дорослих.

Офіційні опоненти:

Доктор медичних наук, професор, двічі Лауреат Державної Премії України, Заслужений діяч науки України Скляренко Євген Тимофійович, Національний медичний університет ім. О. О. Богомольця МОЗ України, професор кафедри ортопедії та травматології

Доктор біологічних наук, професор Дєдух Нінель Василівна, Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І.Ситенка АМН України, керівник лабораторії морфології сполучної тканини.

Провідна установа:

Науково-дослідний Інститут травматології та ортопедії Донецького Державного медичного університету ім. М. Горького МОЗ України, м. Донецьк.

Захист дисертації відбудеться “ 30 “ травня 2006 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.606.01 в Інституті травматології та ортопедії АМН України за адресою: 01601, м. Киів, вул. Воровського, 27.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту травматології та ортопедії АМН України за адресою: 01601, м. Київ, вул. Воровського, 27.

Автореферат розісланий “ 28 “ квітня 2006 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Страфун С.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Порушення структурно-функціонального стану кісткової тканини зустрічаються як у дитячому, так і дорослому віці та супроводжують практично всі ортопедо-травматологічні захворювання (Дедух Н. В., Шевченко Н.С. із співавт, 1998; Крись-Пугач А.П. із співавт., 1998, 1999; Скляренко Е.Т., 1999; Фіщенко В.Я. із співавт., 1999; Гайко Г.В., 2001).

Проведені епідеміологічні дослідження стану кістково-м`язової системи у мешканців України свідчать про значну поширеність порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини. Розповсюдженість їх серед жінок дорівнює 20-39%, серед чоловіків ? 9-13%, залежно від регіону проживання (Поворознюк В.В., 1998).

На теперішній час патогенез багатьох ортопедичних захворювань пов`язують з порушеннями структурно-функціонального стану кісткової тканини, які погіршують перебіг дегенеративно-дистрофічних процесів суглобів та хребетного стовпа, обмежують можливості стабільної фіксації кісткових уламків і ефективного використання металевих імплантатів, погіршують умови для проведення функціонального лікування при переломах кісток, унаслідок чого виникають розлади репаративного остеогенезу, які проявляються порушеннями консолідації кісткових уламків та розвитком хибних суглобів (Левенец В.Н., 1995; Герасименко С.І., Рибачук О.І. із співав. 1998; Корж М.О., Горідова Л.Д. із співавт., 1999; Коваленко В.Н., Борткевич О.П., 2003). Тому визначення патогенетичних механізмів виникнення порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини під впливом різних факторів є актуальною науковою та медичною проблемою.

Особливо це стосується впливу гіпокінезії, яка спостерігається, як при дегенеративно-дистрофічних захворюваннях суглобів та хребетного стовпа, так і внаслідок перенесених травм (імобілізаційний остеопороз). Однак механізм виникнення порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини під впливом аліментарного D-гіповітамінозу та гіпокінезії до теперішнього часу залишається невизначеним.

В останнє десятиріччя при фармакотерапії остеопорозу інтенсивно вивчаються особливості метаболізму вітаміну D3 та його різних форм. Препарати вітаміну D3 індукують мінералізацію та резорбцію кісткової тканини, тому на теперішній час за своєю дією на кістку вітамін D3 розглядається як стероїдний гормон системної дії (Сорока Н.Ф., 1997; Насонов Е.Л., 1999).

Визначенню порушень метаболізму вітаміну D3 при дефіциті надходження вітаміну D в організм та гіпокінезії, ролі його в патогенезі порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини присвячена невелика кількість робіт (Chattopadhyay N., Nithal A. et al., 1996; Swaminathan R. et al., 1997; Оганов В.С., 2003). У зв`язку з цим для експериментального дослідження нами були вибрані аліментарна (D-гіповітаміноз) та дисфункціональна (гіпокінезія) моделі порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини.

Таким чином, широка розповсюдженість порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини, яка супроводжує ортопедо-травматологічну патологію, невизначеність патогенетичних механізмів впливу аліментарного D-гіповітамінозу та гіпокінезії на структурно-функціональний стан кісткової тканини та відсутність відповідної адекватної патогенетичної корекції свідчать, що ця проблема має велике теоретичне та практичне значення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота, виконана на базі Інституту травматології та ортопедії АМН України та є складовою частиною роботи, що виконується в рамках НДР ? “Клініко-експериментальне обґрунтування корекції порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини у ортопедо-травматологічних хворих” та “Дослідження механізму порушень обміну вітаміну D3, мінерального, ліпідного гомеостазу та структурно-функціонального стану кісткової тканини за умов остеопорозу різного походження і розробка технології та організація промислового випуску препарату нового покоління для лікування цієї патології” (№ державної реєстрації 0104U006072).

Мета дослідження: визначити роль вітаміну D3 у механізмі виникнення порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини при аліментарному D-гіповітамінозі та гіподинамії та визначити патогенетичні шляхи його корекції в експерименті.

Задачі дослідження:

1. Дослідити структурно-функціональний стан кісткової тканини, метаболізм вітаміну D3 і кісткової тканини в щурів при аліментарному D -гіповітамінозі та гіпокінезії в експерименті.

2. Визначити чинники, які впливають на зміни метаболізму та структурно- функціональний стан кісткової тканини в щурів при аліментарному D- гіповітамінозі та гіпокінезії в експерименті.

3. Визначити механізм порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини при гіпокінезії та аліментарному D-гіповітамінозі в експерименті.

4. Дослідити ефективність корекції порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини при аліментарному D-гіповітамінозі та гіпокінезії комплексним препаратом вітаміну D3 в експерименті.

Об`єкт дослідження: лабораторні тварини (86 щурів із різними моделями остеопорозу) та 130 хворих із порушенням структурно-функціонального стану кісткової тканини та наявністю ідеопатичного коксартрозу (як приклад для визначення ролі функціональної активності при розвитку порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини).

Предмет дослідження:структурно-функціональний стан кісткової тканини при експериментальному моделюванні аліментарного D-гіповітамінозу та гіпокінезії.

Методи дослідження. В роботі використані біохімічний, гістохімічний, хімічний, радіоімунологічний, остеометричний, гістоморфометричний, клінічний, рентгенологічний, рентгеноморфометричний, денситометричний, статистичний методи дослідження.

Наукова новизна одержаних результатів:

На основі комплексних експериментальних досліджень вперше доведена однотиповість змін структурно-функціонального стану кісткової тканини у щурів в умовах аліментарного D-гіповітамінозу та гіпокінезії.

Вперше доведена патогенетична роль дефіциту та розладів метаболізму вітаміну D3 в механізмі виникнення порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини в умовах аліментарного D-гіповітамінозу та гіпокінезії.

В експерименті вперше доведена ефективність призначення комплексного препарату вітаміну D3 при аліментарному D-гіповітамінозі та гіпокінезії.

Уточнені відомості відносно взаємозв`язку між функціональною активністю кульшового суглоба, ступенем порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини та стадією коксартрозу.

Практичне значення одержаних результатів. Проведеними експериментальними дослідженнями визначений механізм порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини при аліментарному (D-гіповітаміноз) та дисфункціональному (гіпокінезія) ґенезі порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини. При аліментарній формі цих порушень причиною порушень є недостатність надходження вітаміну D3 в організм, при дисфункціональній формі ? порушення його обміну внаслідок інгібування гідроксилазних ферментів у гепатоцитах. Врахування визначених механізмів дозволяє розробити ефективні патогенетичні методики профілактики і лікування розладів метаболізму та порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини при D-гіповітамінозі та гіпокінезії. В експерименті вперше доведена ефективність призначення вітаміну D3 в комплексі з мікроелементами при порушеннях структурно-функціонального стану кісткової тканини в умовах D-гіповітамінозу та гіпокінезії, що обгрунтовує доцільність проведення клінічних досліджень для впровадження його в клінічну практику.

Особистий внесок здобувача. Дисертант приймав безпосередню участь в експериментальних та клінічних дослідженнях. Експериментальними дослідженнями довів однотиповість змін структурно-функціонального стану кісткової тканини в щурів в умовах аліментарного D-гіповітамінозу та гіпокінезії, встановив патогенетичну роль дефіциту та порушень метаболізму вітаміну D3 в механізмі виникнення порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини та визначив ефективність призначення при них комплексного препарату вітаміну D3. Дисертантом уточнені уявлення про взаємозв`язок між функціональною активністю кульшового суглоба, ступенем порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини та стадією коксартрозу. Автором проведена статистична обробка та інтерпретація отриманих результатів, сформульовані основні положення, висновки та рекомендації, щодо подальшого впровадження результатів дослідження.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дослідження та результати аналізу фактичного матеріалу, основні положення та висновки дисертаційної роботи повідомлені на науково-практичній конференції “Морфогенез і патологія кісткової системи в умовах промислового регіону” (Луганськ, 2005); на конференції молодих вчених ІТО АМНУ (Київ, 2005); Вченій раді ІТО АМНУ (Київ, 2005); III конференції з міжнародною участю „Проблема остеопорозу в травматології та ортопедії” (Москва, 2006); II Всеукраїнській науково-практичній конференції „ Актуальні проблеми біомінералогії” (Луганськ, 2006); Проблемній комісії ІТО АМНУ (Київ, 2006).

Публікації результатів досліджень. Результати дисертації відображені в 11 опублікованих наукових працях, з них 7 у виданнях, сертифікованих ВАК України. За матеріалами дисертації опубліковано нововведення в Інформаційному бюлетені АМН України, отриманий деклараційний патент України на корисну модель.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, аналітичного огляду літератури, чотирьох розділів власних досліджень, розділу аналізу та узагальнення результатів дослідження, висновків та списку використаних джерел літератури. Робота викладена на 143 сторінках друкованого тексту, містить 13 рисунків та 36 таблиць. Список використаних джерел літератури містить 150 назв робіт, у тому числі ? 59 з країн СНД та 91? іноземних авторів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

Матеріал та методи дослідження. Експериментальний розділ роботи виконаний на 86 щурах ? самцях лінії Вістар, на яких моделювали аліментарний (46 щурів, масою 90±5г) та дисфункціональний (40 щурів, масою 300±5г), остеопороз. Аліментарну модель остеопорозу створювали шляхом утримання тварин у звичайних умовах віварію на D-гіповітамінозній дієті. Дисфункціональну модель остеопорозу отримували шляхом утримання тварин у стані гіпокінезії за рахунок тісної клітки зі звичайним раціоном харчування віварію. Поставлено вісім серій дослідів.

Тварини першої серії знаходились у звичайних умовах віварію на D- гіповітамінознії дієті протягом 60 днів (10 щурів). Тварини другої серії, які знаходились у звичайних умовах віварію та харчування протягом 60 днів, були контролем для першої серії (16 щурів). До третьої серії увійшли тварини, які знаходились у звичайних умовах віварію і після утримання протягом 60 днів на D- гіповітамінозній дієті, на фоні D-гіповітамінозу їм протягом 30 днів перорально додатково вводили 20 мг комплексного препарату вітаміну D3 (10 щурів). Тварини четвертої серії, які знаходились у звичайних умовах віварію та харчування протягом 90 днів, були контролем для третьої серії (10 щурів).

Тварини п`ятої серії знаходились у стані гіпокінезії за рахунок тісної клітки протягом 60 днів (10 щурів). Тварини шостої серії знаходились у звичайних умовах віварію, як і тварини п`ятої, на повноцінному раціоні харчування протягом 60 днів, були контролем для п`ятої серії (10 щурів). До сьомої серії увійшли тварини, яких утримували у стані гіпокінезії за рахунок тісної клітки протягом 60 днів, на фоні гіпокінезії протягом 30 днів перорально додатково вводили 60 мг комплексного препарату вітаміну D3 (10 щурів). Тварини восьмої серії, які знаходились у звичайних умовах віварію та харчування протягом 90 днів, були контролем для сьомої серії (10 щурів).

Метою експерименту було визначити зміни метаболізму і порушення структурно-функціонального стану кісткової тканини при аліментарному (D-гіповітаміноз) та дисфункціональному (гіпокінезія) остеопорозі та вплив комплексного препарату вітаміну D3 на динаміку цих змін.

Порушення метаболізму кісткової та хрящової тканин визначали за наступними показниками: вміст загального кальцію та його фракцій (білковоз`язаного та ультрафільтруючого); вміст фосфору; співвідношення білковоз`язаного та ультрафільтруючого кальцію; співвідношення кальцію та фосфору; активність загальної лужної фосфатази та її ізоферментів (кишечної та термолабільної); вміст загальних ліпідів; вміст сумарних фосфоліпідів; вміст загального холестеролу та його фракцій (вільний холестерол, ефіри холестеролу); вміст глюкози та сечовини; час згортання крові та кількість гемоглобіну. Використовуючи додатково гістохімічні та радіологічні методи дослідження визначали: вміст 25OHD3; синтез 25OHD3 гепатоцитами; поглинання [3H]-D3 гепатоцитами.

По закінченні експерименту визначали масу великогомілкової кістки, проводили остеометричне дослідження стегнової та великогомілкової кісток, а після спалювання великогомілкової кістки щурів визначали ? масу золи, її зольність і хімічним методом ? вміст кальцію та фосфору в золі і їх співвідношення. Проводили гістологічні та гістоморфометричні дослідження цих кісток. Визначали висоту дистального епіфізарного хряща стегнової і проксимального епіфізарного хряща великогомілкової кісток; зовнішній діаметр стегнової та великогомілкової кісток у фронтальній площині на рівні середньої та нижньої третини поперечного зрізу діафіза цих кісток; висоту шару первинних перекладок стегнової та великогомілкової кісток.

Для характеристики напрямку процесу, що відбувається в кістках, визначали середні величини: середнє арифметичне (М) та середню похибку середньої величини (m). Для встановлення різниці між середніми величинами розраховували критерії значимості Стьюдента (t). Отримані цифрові дані обробляли з використанням програми “Microsoft Excel 2000”. Результати досліджень визначали в одиницях СІ. Всі засоби вимірювання, що були використані при виконанні роботи, пройшли належну перевірку відповідно до вимог ДСТУ. Статистичну обробку проводили за допомогою загальноприйнятих методів із використанням критеріїв між двома сукупностями.

Для визначення ролі функціональної активності в розвитку порушень структурно-функціонального стану кісткової тканини проведено клінічне дослідження 130 хворих на ідеопатичний коксартроз, які лікувались в ІТО АМН України з 1998 по 2005 роки. Серед цих хворих жінки складали 66% (86 осіб) та чоловіки 33% (44 особи). У дослідженні приймали участь хворі віком від 21 до 75 років, середній вік склав 53±7 роки. У 74 осіб (56,9 %) відмічали двостороннє ураження кульшових суглобів, у 46 хворих (43,1 %) одностороннє.

Згідно класифікації Косинської Н.С. хворі поділені в залежності від стадії коксартрозу: 17 хворих (13%) з першою, 24 хворих (18,5%) ? з другою та 70 хворих (54%) ? з третьою стадіями коксартрозу. При двобічному коксартрозі відмічали поєднання ? та ?? стадій коксартрозу в 3 осіб (2%), поєднання ?? та ??? стадій коксартрозу ? у 16 осіб (12,5%).

Клінічне обстеження 50 хворих (38,5%) на коксартроз було проведено згідно бальної оцінки стану кульшових суглобів за Harris (1969). Сума балів, яка дорівнювала менше 70 ? вважається незадовільним, 70-79 балів ? задовільним, 80-89 ? добрим та 90-100 ? відмінним результатом функціонального стану кульшового суглоба. Рентгенологічне дослідження проведено за стандартною методикою всім 130 хворим на ідеопатичний коксартроз на обох кульшових суглобах у передньо-задній та боковій проекціях з подальшою рентгенологічною оцінкою стану кульшових суглобів. Рентгенморфометричні дослідження з визначенням кортикального індексу на рівні проксимального відділу стегнової кістки за модифікацією Barnet і Nordin (1961) проведені в усіх 130 хворих. Для кількісного визначення структурно-функціонального стану кісткової тканини (остеопенія, остеопороз) застосовували ультразвукову денситометрію за допомогою ультразвукового денситометра “Achilles+” (Lunar Corp. Madison, USA).

Результати дослідженя. У першій частині експериментального дослідження визначені особливості метаболізму та структурно-функціонального стану кісткової тканини при моделюванні аліментарного остеопорозу (D-гіповітаміноз). Порівняльний аналіз отриманих даних свідчить, що за дослідний період маса тіла щурів, яких утримували на D-гіповітамінозній дієті, була на 29% нижче від маси тварин контрольної серії. В результаті біохімічних досліджень встановлено, що рівень загального кальцію в сироватці крові знижувався на 27%. При D-гіповітамінозі вміст білковозв`язаної та ультрафільтруючої фракцій знижується відповідно на 30 та 27%. При цьому знижується коефіцієнт співвідношень цих фракцій у 1,2 рази. За цих умов також вірогідно знижується рівень неорганічного фосфору та коефіцієнт співвідношення Са:Р. Тобто отримані результати свідчать, що в умовах експерименту відмічається порушення мінерального обміну.

Порушення мінерального обміну підтверджується результатами визначення активності лужної фосфатази та її ізоферментів, які є показниками мінерального обміну. Активність загальної лужної фосфатази при D-гіповітамінозі підвищується в 2 рази. У щурів, яких утримували на D-гіповітамінозній дієті, активність термолабільних ізоферментів, які на 80% представлені ізоферментом кісткової тканини, збільшується в 2 рази. Це свідчить про порушення процесу мінералізації кісткової тканини. Порушення мінерального обміну корелює зі зниженням забезпечення організму вітаміном D3. При D-гіповітамінозі в 2 рази знижується рівень 25OHD3 у сироватці крові ? першого метаболіту вітаміну D3, який синтезується в гепатоцитах під впливом вітамін D3 25-гідроксилазних ферментів і за кількісним вмістом якого судять про забезпеченість організму вітаміном D3.

Причиною D-гіповітамінозу може бути, як недостатність надходження вітаміну D3 в організм, так і порушення його обміну з утворенням неактивних метаболітів. З метою визначення можливого порушення обміну вітаміну D3 за цих умов визначали його обмін в гепатоцитах. При D-гіповітамінозі активність вітамін D3-гідроксилаз підвищується на 280 % порівняно з їх активністю в контрольних тварин, яку прийнято за 100 %. За цих умов не змінюється поглинання [3Н]-вітаміну D3 гепатоцитами, який є субстратом для цих ферментів, тобто відбувається не підвищення транспорту субстрату в гепатоцити, а активація ферментних систем. Ці результати дають можливість зробити висновок, що зниження рівня 25ОНD3 в сироватці крові цих щурів є результатом безпосередньої недостатності надходження вітаміну D3 в організм.

Враховуючи, що вітамін D3 є основним регулятором ліпідного обміну в організмі вивчали ліпідний обмін експериментальних тварин. При D-гіповітамінозі рівень загальних ліпідів у сироватці крові не змінюється, але знижується рівень сумарних фосфоліпідів і підвищується рівень загального холестеролу за рахунок його вільної фракції.

Дані біохімічних досліджень підтверджені результатами гістоморфологічного дослідження. Встановлено, що у тварин, які протягом двох місяців отримували D-гіповітамінозну дієту, порівняно з тваринами контрольної серії, у компактній кістковій тканині збільшувались розміри центральних та пронизних судинних каналів. Зовнішні та внутрішні оточуючі кісткові пластинки дещо потоншувались і ділянками не завжди сформовані. У більшості тварин відмічали посилення фарбування цементних ліній, яке свідчить про наявність порушень метаболізму кісткової тканини. Висота епіфізарного хряща порівняно з контролем дещо збільшена. Зона проліферації епіфізарного хряща нерівномірна за товщиною. Відмічали потовщення зони гіпертрофії хрящових клітин. Висота шару первинних кісткових перекладок зменшена, вростання судин у звапнований хрящ та процес ендохондріального окостеніння на більшому протязі епіфізарного хряща зупинені або перебігали сповільнено. Кількість вторинних кісткових перекладок зменшена, а ті, що збереглися значно товстіші порівняно з залишками первинних кісткових перекладок. Отримані результати свідчать про порушення структурно-функціонального стану кісткової тканини та росту кісток за умов D-гіповітамінозу.

Кількісна оцінка якісних змін структурно-функціонального стану кісткової тканини підтверджена показниками мінерального стану кісткової тканини, остеометричного та гістоморфометричного досліджень. Нами доведено, що у тварин, які протягом двох місяців отримували D-гіповітамінозну дієту, порівняно з тваринами контрольної групи, достовірно зменшуються показники мінерального складу великогомілкової кістки (відсоток зольності, вмісту фосфору та кальцію). Також достовірно (р<0,05) зменшуються остеометричні показники великогомілкової та стегнової кісток: товщина ДЕМ (дистального епіметафізу) стегнової кістки, товщина ПЕМ (проксимального епіметафізу) великогомілкової кістки, довжина і товщина дистальної третини діафіза обох цих кісток. Дані гістоморфометричного дослідження підтвердили достовірне (р<0,05) збільшення висоти епіфізарного хряща та зменшення висоти первинних кісткових перекладок великогомілкової та стегнової кісток.

За даними другої частини експериментального дослідження визначено особливості метаболізму та структурно-функціонального стану кісткової та хрящової тканин при моделюванні дисфункціонального остеопорозу (гіпокінезія). Порівняльний аналіз отриманих даних свідчить, що маса тіла й маса великогомілкової кістки щурів, яких утримували в умовах гіпокінезії, були вірогідно нижче порівняно з тваринами контрольної групи.

В результаті біохімічних досліджень встановлено, що у тварин з гіпокінезією відмічали порушення мінерального обміну кісткової тканини. За умов гіпокінезії вірогідно знижувався рівень загального кальцію та його фракцій, а також неорганічного фосфору. Отримані результати порушення мінерального обміну в щурів з гіпокінезією супроводжуються підвищенням активності загальної та ізоферментів лужної фосфатази. У тварин основної групи підвищується активність загальної лужної фосфатази й активність її термолабільної фракції, яка представлена головним чином ізоферментом кісткової тканини, що може бути результатом порушення мінерального обміну або структури клітин. Причиною порушень мінерального обміну при такому механізмі розвитку остеопенічного синдрому та, у кінцевому рахунку, остеопорозу ? є дефіцит в організмі вітаміну D3, ступінь вираженості якого визначався за рівнем 25OHD3 у сироватці крові, цей рівень у тварин з гіпокінезією знижується на 19%.

Але причиною D-гіповітамінозного стану за цих умов є не недостатність надходження вітаміну D3 в організм, а порушення його метаболізму. При гіпокінезії на 30% знижується транспорт холекальціферолу у гепатоцити та на 50% інгібується активність вітамін - D3 -25-гідроксилазних ферментів у гепатоцитах. Отже, недостатність забезпечення організму вітаміном D3 при гіпокінезії має ендогенне походження.

Крім того, враховуючи роль вітаміну D3 в регуляції метаболізму ліпідів, при гіпокінезії одним із чинників інгібування обміну вітаміну D3 у печінці може бути також порушення ліпідного обміну. Наші дослідження ліпідного обміну, свідчать, що рівень загального холестеролу знижується на 80 %. При цьому відмічається зниження загальних ліпідів, вільного холестеролу та його ефірів у 1,8 та 2,3 рази відповідно. Порушення обміну холестеролу може призвести до структурно-функціональних змін клітинних мембран і це може бути однією з причин виходу кишечного ізоферменту лужної фосфатази в кровоносну систему. Таким чином, отримані результати свідчать про порушення метаболізму кісткової тканини при гіпокінезії.

Дані біохімічних досліджень підтверджені результатами гістоморфологічного дослідження. Встановлено, що у тварин, які протягом двох місяців перебували в стані гіпокінезії, порівняно з тваринами контрольної групи, товщина шару компактної кісткової тканини витончена і щільність зменшена, що проявлялося її рарефікацією, за рахунок збільшення кількості та розширення центральних і пронизних судинних каналів. Відбувалося порушення системи зовнішніх і особливо внутрішніх оточуючих кісткових пластинок.

Структурно-функціональна організація епіфізарного хряща щурів контрольної групи свідчить про значне зниження ростового потенціалу, яке проявляється порушенням його зональної структури. Явища хондрогенезу перебігають тільки ділянками, зони проліферації та колонок хрящових клітин відрізняються нерегулярністю та спостерігаються на окремих ділянках, зона гіпертрофованих хрящових клітин потовщена, вростання судин у звапнований шар хондроцитів різко сповільнене. Висота епіфізарного хряща у тварин при гіпокінезії порівняно з тваринами контрольної групи достовірно зменшена. В епіфізарному хрящі відмічається різке порушення його зональної структури, явища хондро- та остеогенезу відсутні. У цих тварин характерні значні ділянки основної речовини хряща, що не мають хондроцитів. Вростання судин у звапнований шар не спостерігається. Таким чином, отримані результати свідчать про порушення структурно-функціонального стану кісткової тканини при гіпокінезії.

Кількісна оцінка якісних змін структурно-функціонального стану кісткової тканини підтверджена показниками мінерального вмісту, остеометричного й гістоморфометричного досліджень. Дані біохімічних досліджень мінерального обміну кісткової тканини у тварин основної групи (після гіпокінезії) підтверджуються результатами хімічного аналізу вмісту в золі великогомілкової кістки кальцію, фосфору, а також зольності цієї кістки. Показано, що у тварин після двомісячної гіпокінезії показники зольності, вмісту кальцію й фосфору достовірно зменшені відповідно до зменшення загальної маси нативної кістки й кількості її зольної частини. Порушення мінерального обміну в кістковій тканині корелюють з їх змінами в сироватці крові. При гіпокінезії відбувається тенденція до зниження остеометричних показників (р?0,5) у тварин при гіпокінезії, що пояснюється дорослим віком піддослідних тварин і відповідно зниженим ростовим потенціалом. Результатами гістоморфометричного дослідження встановлено, що поряд з невірогідним зменшенням товщини діафіза стегнової та великогомілкової кісток, достовірно збільшується діаметр їх кістковомозкового каналу.

За даними третьої частини експериментального дослідження визначено вплив комплексного препарату вітаміну D3 на мінеральний обмін, структурну організацію кісткової тканини та ріст довгих кісток в умовах експериментального D - гіповітамінозу. Після призначення тваринам в стані D - гіповітамінозу комплексного препарату вітаміну D3 протягом 30 діб відзначається підвищення рівня мінеральних компонентів у сироватці крові та зниження активності лужної фосфатази. Рівень 25ОНD3 у сироватці крові за цей час підвищується на 133 % і досягає рівня у контрольних щурів.

Отримані результати підтверджені даними визначення зольності великогомілкової кістки та вмістом кальцію і фосфору в золі. За умов аліментарного остеопорозу знижується маса кістки, її зольність та вміст кальцію і фосфору в золі. У групі, яка отримувала комплексний препарат вітаміну D3, маса кістки досягала показників у контрольних тварин. Нормалізувались зольність кістки та вміст кальцію у золі. Рівень фосфору в золі за цих умов ще не досягає його рівня у тварин контрольної групи, але значно (на 36 %) підвищується порівняно з тваринами групи з аліментарним остеопорозом.

Враховуючи, що вітамін D3 є регулятором ліпідного обміну, вивчали вплив комплексного препарату D3 на показники ліпідного обміну в сироватці крові і печінці. При аліментарному остеопорозі в сироватці крові підвищується рівень загальних ліпідів, холестеролу та його фракцій майже в 2 рази і знижується кількість сумарних фосфоліпідів. Призначення комплексного препарату вітаміну D3 призводить до нормалізації ліпідного складу сироватки крові. Позитивний вплив комплексного препарату вітаміну D3 підтверджено даними вмісту ліпідів у печінці, хоча вони і відрізнялися від тих, що мали місце в сироватці крові. Відзначається також нормалізація рівня загальних ліпідів, холестеролу та сумарних фосфоліпідів. При призначенні комплексного препарату вітаміну D3 співвідношення ефірів холестеролу до загального холестеролу дорівнювало показникові у контрольних тварин.

Проводили дослідження впливу комплексного препарату вітаміну D3 на вміст глюкози, сечовини, як одного з показників білкового обміну, показників гемоглобіну та часу згортання крові. При аліментарній формі остеопорозу на 38 % знижується рівень гемоглобіну, підвищується рівень сечовини та глюкози в сироватці крові, не змінюється час згортання крові. При призначенні тваринам з D-гіповітамінозом комплексного препарату вітаміну D3 підвищується рівень гемоглобіну, нормалізується вуглеводний обмін та рівень сечовини. Час згортання крові залишається без змін. Таким чином, отримані результати свідчать про нормалізацію ліпідного, вуглеводного обміну, еритропоезу та тромбопоезу у тварин під впливом призначення комплексного препарату вітаміну D3.

Дані біохімічних досліджень підтверджені результатами гістоморфологічного дослідження. У тварин, яким на фоні D-гіповітамінозної дієти додатково вводили комплексний препарат вітаміну D3, спостерігали нормалізацію структури компактної кісткової тканини, хоча активна перебудова її продовжувалась, зменшувалась кількість розширених центральних та пронизних каналів, формувались загальні внутрішні та зовнішні оточуючі кісткові пластинки. Отримані результати свідчать про порушення структурно-функціонального стану кісткової тканини за умов D-гіповітамінозу та її поступове відновлення при призначені комплексного препарату вітаміну D3. У тварин, яким на фоні D-гіповітамінозної дієти останній місяць спостереження додатково вводили комплексний препарат вітаміну, з боку епіфізарного хряща, зональна структура якого зберігалась, відмічали активізацію проліферації хрящових клітин, формування колонок хондроцитів, зменшення висоти зони гіпертрофованих хрящових клітин та посилення вростання судин у шар гіпертрофованих хондроцитів, які піддалися звапнінню. Наведені дані свідчать про позитивний вплив призначення комплексного препарату вітаміну D3 на відновлення структури та функції епіфізарного хряща.

Якісна оцінка змін структурно-функціонального стану кісткової тканини підтверджена показниками остеометричного та гістоморфометричного досліджень. Дані гістоморфометрії та гістологічного дослідження вказують на те, що призначення протягом одного місяця комплексного препарату вітаміну D3. нормалізує структурно-функціональний стан кісткової тканини та епіфізарного хряща. Дані остеометрії підтверджують відновлення росту довгих кісток під впливом прийому комплексного препарату вітаміну D3.

За даними четвертої частини експериментального дослідження визначено позитивний вплив комплексного препарату вітаміну D3 на мінеральний обмін, структурну організацію кісткової та хрящової тканин та ріст довгих кісток в умовах експериментальної гіпокінезії. Біохімічні дослідження вмісту в сироватці крові мінеральних компонентів, активності лужної фосфатази та її ізоферментів та вмісту 25ОНD3 свідчать, що рівень загального кальцію та його фракцій значно збільшується переважно за рахунок біологічно активної ультрафільтруючої фракції. Активність загальної лужної фосфатази та її ізоферментів практично досягає показників у контрольних тварин. Рівень 25ОНD3 у цій групі тварин на 15 % вище цього показника у контрольних.

Оскільки вітамін D3 є регулятором ліпідного обміну, порушення якого призводить до структурно-функціональних змін стану клітинних та субклітинних мембран, вивчали вплив комплексного препарату вітаміну D3 на ліпідний склад сироватки крові при дисфункціональній формі остеопорозу. При призначенні комплексного препарату вітаміну D3 відмічали його нормалізуючу дію на ліпідний стан сироватки крові. Необхідно зазначити, що характер порушень ліпідного складу сироватки крові при аліментарній та дисфункціональній формах остеопорозу різний, але в обох випадках вітамін D3 виступає як нормалізатор порушень ліпідного обміну.

Проведеними дослідженнями впливу комплексного препарату вітаміну D3 на вміст гемоглобіну, глюкози, сечовини та час згортання крові визначили підвищення часу згортання крові на 23 %, що наближається до показників у щурів молодого віку, нормалізацію вуглеводного обміну та вмісту сечовини.

Дані біохімічних досліджень підтверджені результатами гістоморфологічного дослідження. У тварин, яким на фоні гіпокінезії додатково вводили комплексний препарат вітаміну D3, спостерігали нормалізацію структури компактної кісткової тканини, що проявлялося зменшенням кількості розширених центральних та пронизних каналів, які виникали за умов гіпокінезії. У цих тварин під впливом комплексного препарату вітаміну D3, в епіфізарному хрящі спостерігали відновлення процесів хондро- та остеогенезу, активізацію вростання судин у звапнований шар хондроцитів. Якісна оцінка змін структурно-функціонального стану кісткової тканини підтверджена показниками остеометричного та мінерального складу великогомілкової кістки. При введенні комплексного препарату вітаміну D3 довжина та товщина ДЕМ практично досягає контрольних величин, маса кісток, зольність та вміст мінеральних компонентів наближається до показників у контрольних тварин, різниця між їх показниками не є вірогідною. Маса великогомілкової кістки при призначенні комплексного препарату вітаміну D3 сягає 120 % відповідно по відношенню до маси кісток контрольних тварин. Зольність дорівнює 107,5 % відповідно. При призначенні комплексного препарату вітаміну D3 вміст кальцію складає 96,2 %, фосфору – 93,1 % відповідно до їх показників у контрольних тварин. Тобто, отримані результати біохімічних та остеометричних досліджень дають можливість зробити висновки, що комплексний препарат вітаміну D3 нормалізує мінеральний обмін та структуру кісткової тканини.

Результати проведених рентгенморфометричних та денситометричних досліджень хворих на ідеопатичний коксартроз свідчать, що прогресування (збільшення стадії) коксартрозу супроводжується прогресивним зменшенням щільності кісткової тканини. Різниця між денситометричними показниками ?, ?? та ??? стадії коксартрозу є достовірною (р ?0,01). Для об`єктивізації проведеного дослідження визначали також денситометричні показники на різних кінцівках у хворих з однобічним ураженням кульшового суглоба. При ураженні одного суглоба відмічали вірогідну різницю денситометричних показників між кінцівкою з наявністю коксартрозу та кінцівкою з відсутністю ураження кульшового суглоба. При наявності двобічного ураження кульшових суглобів більш виражене зниження денситометричних показників спостерігали на кінцівці з наявністю більшої стадії коксартозу. Результати оцінки структурно-функціонального стану кісткової тканини залежно від стадії коксартрозу оцінювали за критеріями ВООЗ. Нами було доведено, що зниження щільності кісткової тканини залежало від стадії коксартрозу. Так, для ? стадії коксартрозу нормальні денситометричні показники складають 90% (27 випадків) та остеопенія ? 10% (3 випадки). Випадків остеопорозу не визначали. При ?? стадії спостерігали різні за ступенем порушення структурно-функціонального стану кісткової тканини ? норма складала 31,5% (17 випадків), остеопенія ? 59% (32 випадків) та остеопороз ? 9,5% (5 випадків). Для ??? стадії коксартрозу характерно значне погіршення структурно-функціонального стану кісткової тканини ? остеопороз складав 76% (91 випадок) та остеопенія ? 24% (29 випадків). Обстеження стану кульшового суглоба за Harris проведено нами на 50 хворих з різними стадіями коксартрозу, що склало 38,5% від усіх обстежених хворих. Нами було доведено, що значення бальної оцінки за Harris в цілому співпадають з даними оцінки стану кісткової тканини за критеріями ВООЗ. Так, абсолютні значення та процентний відсоток добрих результатів бальної оцінки співпадає з аналогічними значеннями норми при оцінці структурно-функціонального стану кісткової тканини, значення задовільного результату ? зі значеннями остеопенії, незадовільного результату ? зі значеннями остеопорозу. Деяка різниця між денситометричними показниками та бальною оцінкою пов`язана, на нашу думку, з запізненням реакції кісткової тканини на обмеження опорно-рухової активності нижньої кінцівки, що зумовлено прогресуванням патологічного процесу.

ВИСНОВКИ

1. При аліментарному D-гіповітамінозі та в умовах гіпокінезії відбуваються однотипові зміни метаболізму та структурно-функціонального стану кісткової тканини.

2. Зміни метаболізму та структурно-функціонального стану кісткової тканини у щурів як за умов D-гіповітамінозу, так і гіпокінезії відбуваються на фоні зменшення вмісту активних метаболітів вітаміну D3.

3. В умовах аліментарного D-гіповітамінозу причиною зменшення вмісту активних метаболітів вітаміну D3 в сироватці крові є дефіцит надходження вітаміну D3 в організм, що підтверджується підвищенням активності вітамін D3-гідроксилаз за відсутності змін поглинання [3Н]-вітаміну D3 гепатоцитами.

4. В умовах гіпокінезії причиною зменшення вмісту активних метаболітів вітаміну D3 у сироватці крові є порушення обміну вітаміну D3 внаслідок інгібування активності гідроксилазних ферментів у гепатоцитах, що підтверджується зниженням інтенсивності поглинання [3Н]-вітаміну D3 гепатоцитами.

5. Призначення комплексного препарату вітаміну D3 в умовах експериментального D-гіповітамінозу та гіпокінезії сприяє відновленню метаболізму та структурно-функціональної організації кісткової тканини, що обумовлює можливість клінічного застосування його у хворих із захворюваннями та травмами опорно-рухового апарату.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ

ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гайко Г.В., Апуховська Л.І,. Бруско А.Т., Калашніков О.В., Василевська В.М., Калашніков А.В., Безусяк А.І., Антоненко Л.В. Вплив вітаміну D3 та різних доз вітаміну Е на мінеральний обмін, структурну організацію кісткової тканини та ріст довгих кісток // Вісник ортопедії, травматології та протезування.? 2005, № 1. ? С.5?13.

Особистий внесок полягає в безпосередній участі в експерименті, заборі матеріалу, аналізі отриманих результатів експериментальних досліджень, формулюванні висновків роботи.

2. Гайко Г.В., Апуховська Л.І,. Бруско А.Т., Калашніков А.В, Калашніков О.В. Особливості метаболізму та структурно-функціонального стану кісткової тканини при D-гіповітамінозі // Український морфологічний альманах. ? 2005. ? Т.3, №2. ? С.21?26.

Особистий внесок полягає в безпосередньому виконанні експериментальних досліджень, заборі матеріалу, аналізі результатів, формулюванні висновків.

3. Гайко Г.В., Апуховська Л.І,. Бруско А.Т., Калашніков О.В., Василевська В.М., Калашніков А.В., Безусяк А.І., Романова С.А. Особливості метаболізму та структурно-функціонального стану кісткової тканини при гіпокінезії // Вісник ортопедії, травматології та протезування. ? 2005, № 3. ? С. 5?10.

Особистий внесок полягає в безпосередньому виконанні експериментальних досліджень, аналізі результатів експериментальних досліджень, формулюванні висновків роботи.

4. Гайко Г.В., Калашников Ан.В., Рой И.В., Магомедов С., Калашников Ал.В., Чалайдюк Т.П. Применение форкала в лечении больных с манифестным остеопорозом // Вісник ортопедії, травматології та протезування. ? 2005, № 4. ? С.62?66.

Особистий внесок полягає в обстеженні хворих, аналізі результатів, формулюванні висновків.

5. Гайко Г.В., Калашніков О.В. Алгоритм патогенетичної медикаментозної корекції структурно-функціонального стану кісткової тканини у хворих на коксартроз // Український ревматологічний журнал. ? 2005, №4(22). ? С.38?41.

Особистий внесок полягає у виконанні клінічних досліджень, обґрунтуванні запропонованого алгоритму.

6. Гайко Г.В., Апуховська Л.І,. Бруско А.Т., Калашніков О.В., Василевська В.М., Калашніков А.В., Безусяк А.І., Романова С.А. Вплив комплексного препарату вітаміну D3 “Кальмівід” на метаболізм і структурну організацію кісткової тканини при аліментарному остеопорозі // Український морфологічний альманах. ? 2005. ? Т.3, №4. ? С.101?107.

Особистий внесок полягає в безпосередньому виконанні експериментальних досліджень, заборі матеріалу, аналізі результатів досліджень, формулюванні висновків роботи.

7. Гайко Г.В., Апуховська Л.І,. Бруско А.Т., Калашніков О.В., Василевська В.М., Калашніков А.В., Безусяк А.І., Романова С.А. Вплив комплексного препарату вітаміну D3 “Кальмівід” на метаболізм і структурну організацію кісткової тканини при гіпокінезії // Український морфологічний альманах. ? 2006. ? Т.4, №1. ? С.13?18.

Особистий внесок полягає в безпосередньому виконанні експериментальних досліджень, заборі матеріалу, аналізі результатів, формулюванні висновків роботи.

8. Гайко Г.В., Калашников Ал.В., Апуховская Л.И., Бруско А.Т., Калашников Ан.В. Особенности метаболизма, структурно-функционального состояния костной и хрящевой тканей при гипокинезии // III конференция с международным участием “Проблема остеопороза в травматологии и ортопедии”.? М., 2006. ? С.5.

Особистий внесок полягає в безпосередньому виконанні експериментальних досліджень, заборі матеріалу, аналізі результатів біохімічних та гістологічних досліджень, формулюванні висновків роботи.

9. Гайко Г.В., Калашников Ал.В. Алгоритм патогенетической медикаментозной коррекции структурно-функционального состояния костной ткани у больных идеопатическим коксартрозом // III конференция с международным участием “Проблема остеопороза в травматологии и ортопедии”.? М., 2006. ? С.117?118.

Особистий внесок полягає в безпосередньому виконанні клінічних досліджень та формулюванні висновків роботи.

10. Гайко Г.В., Калашніков А.В., Бруско А.Т., Калашніков О.В. Методика визначення структурно-функціонльного стану кісткової тканини // Журнал Академії медичних наук України (додаток).?2005.? Інформаційний бюлетень, вип. 20.- С.141.

Особистий внесок дисертанта полягає у визначенні параметрів експериментально-клінічного застосування розробленого пристрою.

11. Деклараційний патент на корисну модель № 4349 Україна, МПК A61В17/16, A61В17/22, (Україна) Пристрій для забору кісткової тканини / Гайко Г.В., Калашніков А.В., Бруско А.Т., Калашніков О.В.; Заявл. 27.04.2005; Опубл. 17.01.2005. ? Промислова власність. Офіційний бюл. ? 2005.? №1.

Особистий внесок дисертанта полягає у розробці кінцевої форми пристрою (фрези).

АНОТАЦІЯ

Калашніков О.В. Порушення та корекція структурно-функціонального стану кісткової тканини. ? Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.01.21 ? травматологія та ортопедія. ? Інститут травматології та ортопедії АМН України, Київ, 2006.

Дисертація присвячена актуальним питанням: визначенню ролі вітаміну D3 у механізмі виникнення порушень структурно-функціонального