Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

МОРФО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СКЕЛЕТНОГО МЕТАБОЛИЗМА РАДИОНУКЛИДОВ

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "МОРФО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СКЕЛЕТНОГО МЕТАБОЛИЗМА РАДИОНУКЛИДОВ"

Министерство сельского хозяйства СССР

Всесоюзный научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии

На правах рукописи УДК 577.39:591.1:575.2

СТАРИЧЕНКО Вера Ивановна

МОРФО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СКЕЛЕТНОГО МЕТАБОЛИЗМА РАДИОНУКЛИДОВ

(03.00,01 —радиобиология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на' соискание ученой степени кандидата биологических наук

Обнинск — 1985

Работа выполнена в лаборатории радиобиологии животных Института экологии растений и животных Уральского научного центра АН СССР.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

кандидат медицинских наук Любашевский Н. К,

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ;

доктор биологических наук Сироткин А. Н. кандидат медицинских наук Калистратова В. С.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Всесоюзный иаучнз-иссл«довательскнй институт физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных.

в 11 часов на заседании специализированного совета К 120.81.01

нишникоъа, 6. корпус 17 (старый).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиол'* гин.

Отллвы просьба направлять по адресу: 249020, Калужская сбл,, г. Обнинск, ВНИИСХР, спецсовет..

Защита диссертации состоится « / С *

1985 г.

при Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии МСХ СССР по адресу: 127550, г.Москва, ул. Пря-

Автореферат разослан

. 1985 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

Н. Н. Санжарова

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЯКДОВАТЕЛЬОдаЙ ИНСТИТУТ

СЕиьскохозяйстеаиой радиолоши

На правах рукописи

. СТАРИЧЕНКО ВЕРА ИВАНОВНА

УДК 577.39:501,1:575.2

иорфо-дазиологичаские факторы щ®шидуальной изменчивосто скелетного ивтлБолиэмА рддеонукхцдйв

03.00.01 - радиобиология

А-в т о р в ф в р а т ДНСО«рТАЦНИ на соисквимв ученой степени

[вТ у РА ль ная

научная с;-:в/1иотека-..

Моск. сельскохоз, академии им, К. Л. Тимирязева '

"Овиннск - 1905

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Исследование загрязнения биосферы, в том числе человека и сельскохозяйственное животных, продуктами радиоактивного распада сохраняет свопвктуадьностъШлыт, 1977; Корнеев и др. .1977; Алексахнн, 1982). Поведеняэрадионукдидов ворганнзие позвоночных «настоящему временя изучена- оченьподробно, однахо про-блеиа индивидуального прогнозирования их.кинетикиостается нерешенной. В известных руководствах и справочникахприводятся тогысо средне видовые величины» явракте1жзупчивобыенрадяон1Пшщов,.нопри рассмотрении их кинетики у отдельной особи использование втих величин може* привести к существенным ошибкам ( ьш^агот-ої » 1975; ТЬоааа в* аХ.» 1984). ' .' "

Причины индивидуальных особенностей обмена остеотропных радионуклидов изучены очень мало. Для'объяснения механизмов скелетного метаболизма радионуклидов у позвоночных была предложена концепция лимитирующих морфо-физиологическвд факторов обмена (Жюбатевский, 1960). ІІорфалогнческие структуры, физиологические процессы и реакция, определяющие накопление и выведение остеотропных:веществ из скелета, были названы ыорфо-фйапологическими факторами (НИ) обмена. Из большого- числа 1&8 была выделена система ведущих, лимитирующих факторов (ЛШ-5), необходимая и достаточная для полного описания и анализа судьбы остеотропного вещества в целостной организме. КЛИМ относятся, например: кровоток через скелет, депонирующий -агент (метаболиты остеогенных клеток типа лимонной кислоты), . площадь поверхности скелета, отношение площади поверхности скелета к его объему, интенсивность роста и резорбции костной ткани и другие. Через систему, состоящую из 10 ЛУИ, опосредуется влияние акэо-и эндогенных воздействий. Однако конкретный анализ поведения остео-тронных радионуклидов в организме отдельной особи с помощью концепции ДІФЇ не может быть проведен, пока не известны индивидуальные количественные характеристики (параметры) факторов и не разработаны методы их оценки; нет также-апробированных подходов к достоверной оцеііке индивидуальных различий обиена. " '■

' Данная работа посвящена количественно*^ изучению ряда морфологических (площадь поверхности скелета, отношение площади поверхности х объеиу костной ткани•к объбцу крова):и физиологических (скорость роста и интенсивность резорбции) факторові

I * ' •

Цель и задачи исследования. Цель работы - изучение закономерностей поведения остеотропньк радионуклидов в организме отдельной особи (на примере иттрия-91 у крысы) на основе концепции лимитирующих морфо-фиэиологических факторов о*' ана остеотропньк веществ в скелете позвоночных и оценка роли генотипа в генеэе морфо-физиол о-гнчесюос факторов. Сфорг^улированная цель достигается путем решения' следущих основных задач,

1. Оценить сравнительный вклад индивидуальных особенностей скелетного метаболизма во внутривидовую изменчивость и межвидовые разлития обмена остеотропных радионуклидов (по, литературным данным).

2. Разработать методики, позволяющие количественно охарактеризовать ряд лимитирующих иорфо-фяэиологических'факторов обмена (ЛЬЙф) у отдельной особи. - '

3. Дать развернутую характеристику параметров изучаемы* взрослой крысы и для сравнения - параметры отдельных ямвоттк нескольких других видов.'

4. Исследовать« как индивидуалькые особенности обмена иттрия--91 в скелете крысы связан» с количественными различиями лимитиру-юцих морфо-физиологических факторов обмена; применив перелом в качестве искусственного приема, модифицирующего ЛЦ» в месте ^травмы, показать количественную зависимость-кинетики иттрмя-91 от нзмене-ния параметров ряда ЛМФФ и определить их минимальные сдвиги, достоверно изменяющие накопление радиоиттрия.

5. Оценить роль генотипической и модификацнонной изменчивости в генеэе морфологических структур и физиологических процессов, оп-ределящих обмен радионуклидов в скелете,'.на-основе изучения индикаторных неметрических пороговых признаков скелета.

Научная новизна. Впервые проанализирован комплекс проблем, связанных с индивидуальными особенностями обмена остеотропных ра- * дионуклидов в скелете позвоночных.* Показана обусловленность особенностей обмена иттрия-91 в скелете отдельной особи параметрами ряда лимнтирущих морфо-физиалогических факторов (площадь поверхности скелета, отношение площади поверхности к объему костной ткани и оСьему крови, скорость аппозиционного роста к интенсивность ре-зорб1?т кости). Выявлено, что в формирования различий морфологических структур и физиологических процессов в скелете-позвоночных, индикаторами которых служили альтернативные неметрические признаки скелета, генотипу принадлежит ведущее значение, в то -время как факторы внешней среды играют значительно меньшую роль. Разработан ряд

2

методик определения индивидуал ънък количественных характеристик

и». -; v

Практическая значимость. Анализ состояния проблемы индивидуально в изменчивости обмена остеотропшн радионуклидов у позвоноч-" ных и результата собственных экспериментальных исследований нашли отражение в курсах леквдй по радиобиологии (Уральский госуниверситет) Ii по охране окружающей среда (Всесоюзный институт повыпения квалификации специалистов Шшцветмет СССР) • На основании полученных данных подготавливаются рекомендации по профессиональному отбору людеа( подвергающихся в процесса работы воздействию на скелет неблагоприятных факторов внесшее среда. Предлагаемые метода изучения XII-5 могут быть применены для определения индивидуальных параметров футоров, испольэуеш« в прогностических моделях! для целей рэдиоцуклндной диагностики заболеваний скелета и в изучении нормальной физиологии кальцифяцированных тканей у хозяйственно важных видов животных и человека. Закономерности, изученные в работе,позволили также принять участие г разработке метода мочения мелких млекопитающее (а.с. Р I0I530I),

Апробапяя. Результаты работы докладывались на конференциях молодых ученых "ИЭР и К УНЦ АН СССР в 1973, 1980. 1931 гг.» на Q Зональной конференгрти по применению изотопов (Свердловск, 1973), на УП Уральской научной конференции физиологов, биохимиков и фармакологов (Ижевск,1973), на УП Уральской конференции"по радиационной медацрше (Свердловск,1900), на Совещании по проблемам радиоэкологии с/х хивотных (Обнинск,1980), на "конференции "Математическое моделирование в медиане и биологии" (Свердловск,I9ÖI), на У1 Всесоюзной конферёнщи по экологической физиологии (Сыктывкар,1982), на У1 Всесоюзном совещании по грызунам (Ленинград,1934), ■ на Всесоюзной конференции. "Ре гистрирувдие структуры и определение возраста илекопитащих" (Шосква,1984), на И Всесоюзном совещании по фенми-ке популяций (Саратов,1985), на совещании "биохимическая экология. Экспериментальная и клиническая биохимия*■(Свердловск,1985).

Пубдикагии. По материалам выполненных исследований опубликовано 15 работ,- получено одно авторское. свидетельство на изобрета-- ние и одно удостоверение на редюнаяизатор^кое предвогение.

Структура и объем работы, ^(сеертадая состоит из-введения, пяти глав й выводов, изложена, на 189 страницах, содержит 16,рисунков и 28 таблиц. Список литературы включает Ä92источника, из них 130 - на иностранных языках.

' 3

і. ивдоддшьнш осовалюсгл окшл остеоїушщ

РАЛЙОНУКЩДОЗ В СКЕЛЕТЕ ШЗБСїїОЧіаіК Я £А.ЧТСШ,

' 3-ІХ ОЕУСИОІЗЛИВА5ХЯВ, (по литература* датам) '

r ^ 1

Анализ литературного материала по обмену остеотрогпшх радпону— кладоэ в организме позвоночных псяазывает, что размах нндкЕкдуадъ-ных различай обмена даже внутри однородной по полу и возрасту группы особей одного вида может достигать десятков процентов к а некоторых случаях перекрывает кєягзівдобцє разлігчил.

Приводятся осноЕные положения концеш^га даамтирущкх зиояо níuecKJtx ^авторов сбілена в прімененші к яндтаядуальноЯ изменчивости скелетного метаболизма радяоцуклвдов я дается краткая, характеристика факторов, изучению параметров которых посилена экспе- . риментальная часть работы. Показано наличие кндавидуалыгых особенностей любых характеристик костіюЯ ткани к всего скелета в целой."

г. материал и мзтоду ііослцдозачяї

Проведенную экспериментальную работу ногата условно 'разделить на три частії: I) определение параметров ряда JEÍS5 - у кнтактнах животных, 2J радионукдцдные исследования и 3) выявлетстэ влияния наследственных и неиаследственгаас факторов на генез фенотяпичеекзх особенностей скелета.. . ,

Определение параметров XLÍ^Í проведено на белых лабораторных крысах стадного разведения линия Вястар; использован такье коспкЯ материал от других видов (всего 72 гявотных). Для определения площадей дативных костных поверхностей применяли метод коллодиевце реплик, аппроксимацию отдельных участков костеЭ правильными геокетря-ческими фигурйШ, а тшееэ ігетод, ■ основанный на. определении значена!! промежуточны* параметров факторов' (талях, «as удельная поверхность, -трабекулярноеть кости, костный объем спонгиоэьг) я использовании кх в поел едущих расчетах.'- Интенсивность роста к реэорбгрп мстноя ткани изучали в ультрафиолетовой свете на костной материале животных, прижизненно получавших двойнуп иньеи?пэ тетраі^лилина (20 тис. е^/ІОО г массы тела)* Объем крови определяли кэтодон развед*лкя • взвеси меченых хромом-5І гритроірітов (Паркер и др. ,1981).

В качестве приема, модифицируп^его оіракичєйное. количество Факторов в локальном участке, применены закрыл« перелсші различных костей скелета Сот 2 до 10). - : '

*, Враднонуклидных исследованиягиспользован иттриа-91, который вводили взросльм крысгш-самцам (32 животных) однократно внутривенно. Производили прижизненную радиоиотргао всего теля; После забоя на анализ отбирали пробы различна* тканей, скелет исследовали де-• тадьно. Одновременно изучали параметры ЛЫИ. 1!ашотулящн с животными и забой производили под эфкрнш наркозом.

Весь материал, в том числе я-методический, по йыяснению роли генотипа к средовых воздействия в генезэ индивидуальных особенностей скелетного метаболизма вынесен в пятую главу. Статистическую обработку экспериментального материала осуществляли общепринятыми методам» (Плсдашекий,1970; РоякцкиВ,1973).

• 3. ШРДЫЕГРН ШНад-ЕШОДОПНБСЯИХ ФАКТОРОВ' . у шшш бпмлшх

В табл. I приведены параметры ряда морфологических факторов у интактных животных несколькиг видов. Не' найдено какой-либо закономерности в изменении параметров факторов при увеличении размеров и массы тела животных (за исключением удельной поверхности кортикальной кости, уменьтапцеПся с'увеличением массы тела).

Таблица I

Удельная поверхность, трабекулярно'сть и костный объем спонгиоэы у разных видов хивотнъос яа примере бедренной кости '

Вид ііасса тела,. кг п ' Удельная ность. поверх- С11-1 Трабеку- лярность, % VКостный объем спонгиозы, %

спонгиоза дистального эпифиза кортикальная кость ■ диафиза

Ишь 0,028+ 8 342 + 7 ; ео + 4;3 27,4 + 0,5 29,6 + 0,9

0,001" (ЗІ8ІГ70)* (68-100) (25,1-30,2) (27,1-33,7)

Лягуш- 0,094> 5 251 +15 64 і 1,9 8,6 +0,8 42,3 + 2,4

ка 0.0Г7~ (230^290) {48-56) (7,1-11,0) (38,9^19,4)

Крыса. 0,317+ 8 ЗЙ2 + 7 * ЗО і 1,2 28,6 + 1,1 31,0 + 0,6

* О.ООїГ (360-414) (27-34) (22,7-33,0) (27,6^34,8)

Курица 1.8 + 3 .430 + 13 , 25 + 2,2 31,8 + 2,1 33,8+1,0

ОД - . . (41 ¿450) (20-30) (28,1-33,8) (32,3^34,7)

Собака 10,6- 5 230 + 4- 10 + 0,5 30,5 +0,6 27,7 ± 0,5

10.8 (207І260) (0,6-11) (27,(«2,м) (23, ¿30,1)

^ В этой я последущкг таблицах приведены средние ( Ї ) и сшибка среднего ( « ),

* В скобках диапазон значений для сравнения с литературные! данным».

Площадь поверхности всего скелета взрослой крысы определена экспериментально (табл.2} и верифицирована расчетным путем (табл.3) Отсутствие аналогичных литературных данных не позволило сделать количестве««* сопоставлений.

• Таблица- 2

Площадь поверхности отдельных костей и всего скелета крысы (см3)'

Масса тела, г Бедренная кость , Бодыае-Серцовая . кость , Нижняя челюсть Тазовые кости Лопатка Весь скелет

270 . 30,8 20,2 14,4 35т7 8,2. 738 .

344 31, в . 3t9,8 17,6 . 37,9 8,8 767

347 '27,6 17,5 18,8 ' 38,1 . 8,8 759 '

351, 30,3 21,5 17,9. 40,3 9,8 ; 783 •

398 40,7 , 24,3 - 20,0 49,4 . 11,9 . 820 '

342+20 32,2+2,2 20,7+1,1 17.8+0,9 40,3+2,4 9,5+0,6 .775+15

Таблица. 3

Площадь поверхности скелета {- в ) животных разных видов,, полученная расчэтиьм путем (собственные а литературные данные)

Б»Д ■ Тип кост-. ной ткани Исходные показателе : в„.. ей2 " Ыасса тела, кг Источник*

llacca, ' р Объем, си3 с«'1

Мышь трабек. компая. 0,428 1,712 0,214 0,856 300 - 30 69,-9 0,03 .Паг1еу, Paator-nade, 1976

Крыса трабек. ксипая. ЗЛЗЗ 10,007 .1,741 5,604 380 30 830 0,32 Собственные данные

Собака трабек. компак. •128 .512 64 256 210 30 21120 9 Наг ley. Pairt№-naofe, 1976

Чело-зек трабек. кемпак. 1000 4000 500 2000 120 30 120000 70 ICRP PubU cation 20, 19731 Пегley. Paster-naek, 1976t t£(P3 дубл.£ 23, 1977 V :

При изучении процессов роста я реэорСщи в скелете крас в разные возрастные периода установлено, что распредадениететрациклина у молодых интсзюевно раст}трос и взрослых прехративаглх расти животных резко различается. Опюче^ болтав-в!цгтр»ске^^ темпам перестройки костей. В качестве репрезентативных участков выбраны длинные трубчатые костя. 7.интенсивно раступрсс животных большая часть костных поверхностей несет одиночную : или двойную тетради клиновую метку; скорость аппоэ«?1онного роста: в втотпериод колеблется от 3—4 до 20-30 юсц/сут не только'у отдельных особей, но и . в различных участках одноЯ . н тоЯ же кости. С возрастом происходит закономерное снижение скорости аппозиционного костеобразования (табл.4)* У взрослых животных {6-10 нес) сильно сокращается интенсивность флуоресценции кости к ' •'*':•

* . Таблица 4

Скорость пвриостального костеобраэованкя на уровне середины диализа (шш/сут) .

общее количество неток;скорость прироста костной тхаки — 0,5- ■ -2,6 мкм/сут. Все наученные'катины распределения тетрациклина в различных участках одной я той же кости хорошо' объясняется из-вестнвди иеханкзиеыи роста. (Нш«' 1952; Руиянцэв,1558; Uaxyra, I960; Hilo«, 1962,1963; Завар--еин,1976). В резце нижней челюсти крысы до иееячного - воз--раста интенсивность новообразо-' валия дентина составляет 6-12 " ыкы/сут, в стертнх возрастных группа* - 16-20 мхц/сут- Скорость роста резца - 400-430 мкм/сут. В связи с унихалыдок особенностями роста накопление в реэцэ остеотропных веществ не ыохет адекватно отражать физиологическое состояние костной ткани, однако изменение его радиоактивности иохет быть показателем временя, прсоедхого с иомента поступления радионуклида в организм.

Оценив интенсивность ростовых процессов в-скелете крыс на протяжении жизни, выбрали возрастную группу животных (6-10 месяцев), у которых процоecu роста и резорбции уравновешены м.об интенсивности резорбции костной ткани которых можно судить на основании более Прецизионных измерений скорости костеобразования. .

Возраст, сутки- Бедренная кость Большеберцо-вая кость

Ю 8!, 5 ¿ 6,5 .7,9 + 0,6

14 8,2 + 0,7 8,1 + 0,6 •

20 7,8 + 0,9 . 7,3 + 0,6 •

27 34 6.9: + 0,5 6,4 + 0,4 6,6 + 0,4 6,1. + 0,6

40 5,6 ¿0,4 . 5,2 + 0,2

60-65 4,4 + 0,5 4,3 + 0,2.

60-90 2,9 + 0,2 2,7 + 0,2

, 4. ОБМЩ РАДИЙІШИЯ В СКЕЛЕТЕ ОТДЕЛЬНОЙ ОСОВІ

Иі^дивчдуальние. различия кинетики иттрия-9І к измеїтогвость индивидуальных параметров МФФ; С целью получения значительных ицдяЕида--альгаа различий а накоплении скелетом радионуклида опыт бкд поставлен на животньос, обладаюсрос выраженными конетитуцнонавьньаа разги- _ чиями. В результате Прижизненной редиоиетрян получены КрИВЫв выведения иттрия-91ЧрисЛ). Содержание радионуклида во всем организме, скелете и мягких тканях на момент забоя-приведено в табл.5, результати морфометрических исследования - в табл.б.

НХГ

$0 • - - ■

г' * *

Ю " ■ * --ч—--•-»

О 4 в .12 16 . '

Рис,I; Динамика содержания иттрил-9Т в организме крыс (с попряэ-- коЯ на распад). По оси абсцисс — длительность пайагяекия (сутки!, по оси ординат — содержание радионуклида во всей теле {% от введенного). Цифракя обозначены номере, жявоттпл.

' Таблиц 5

. Содержание игтрия-91 в оргшмзие крыс

№ Возраст, . мес Масса тела, г Иттрий-91, % от введенного

■ в начале * ; опыта в конір. опыта'■ - весь ■ ■организм мягкие тяани скелет бедрен-' ная • кость

І 2 3 6 20 20 445 • 540 675 ■ 356 : - 461 634 65.33 56.64 59,88 9.30 14,39 15,46 I .56,03 42.25 44,42 2,27 1,05

Таблица б

Морфометрические параметры-ИФФ

Скелет ' Бедренная кость Скорость оппозиционного . роста, мкм/сут B/TV усл.ед.

Масса костной - ткани, г Спонгиоза см^

a/v.j СМ ■ костный объем, %

1 2 3 14,10 19.42 23,52- 0,6202 0,7162 1,0691 280+14 266+26 252+12 •10,0+1,4 28,ЙЗ,3 35,8+1,0 26,5 19,8 17,3 41,9 40,1 56,3 2,4+0,1 , I ¿8+0,2 Г,77О,2 ,66,3 81,9 69,1

Примечание.: в/у - удельная поверхность, Тр - трабекуляриость,

.S - площадь поверхности, ß/Vt отношение площади ' поверхности скелета к объему крови.

Полученные параметры ЛМСФ дают качественную характеристику процессов накопления-выведения иттрия-91 в скелетах подопытных животныг и возможность сопоставления ее с данными прямой прижизненной радиометрии. Исходя из параметров самое'высокое'содержание иттрия--91 на протяжении всего опыта должно быть у животного Р I. Выведение радионуклида из скелета путем десорбции зависит, в основном; отве-личины отношения площади поверхности скелета к объему крови. По этому показателя крысы располагаются в ряд: № 3<Л> 2. Скорость аппозиционного роста, приводящая.к замуровыванию и препятствующая '.вы-: ведению радионуклида из кости, у животного № I также самая высокая. Исходя из представлений о сбаланс1фованности процессов роста и резорбции у взрослых животных (прирост «■ резорбции), интенсивность' резорбции у животного № 1>Р 3, :т.е. высокий уровень резорбция у животного * I противодействует задержке иттрия-91 в скелете, но, с .-' другой стороны, свидетельствует об.относительно высокой функфональ-ной активности остеокластов. Это косвенно указывает на увеличенную продукцию скелетом депонирующего агента* роль' которого играют метаболиты типа лимонной кислоты (Любааевский,1960), а основным источником являются остеокласты-(Ньшан,Ньшан,1961^ Слуцкий,1969; Торбен-ко,Каса»ина,1977). Под влиянием депонирующего агента выведенный в кровь в результате.резорбции,.десорбции и обменных процессов, в мяг- ■ к их тканях радиоиттрий при рециркуляции у животного # I в большей мере, чем у других животных, кумулируется в кости.■

На второе место по скорости выведения иттрия-91 следует поставить животное JP.3, поскольку при'сравнении с животным ft 2.водно,что интенсивность процессов роста и резорбции у них врактически одинакова, а величина-отношения площади поверхности скелета к объеиу крови у него меньше, чем у животного & 2. Приведенные соображения впол-' не соответствуют.фактической картине прижизненной радиометрии етих, животных (рио.1); как на основании теоретических выкладок, так и по акспериментальным кривым, животные по скорости выведения иттрия-9Г располагаются в.следующем поредке - № 3<№ 2.

. Кинетика радиоиттрия в Организме при очаговомновообразовании костной ткани.-Так как оценить вклад каждого фактора на уровне целостного организма пока не представляетсявозможным, мы попытались уменьшить количество варьирущих факторов* У однородных по массе тела и возрасту животных искусственно увеличили массу костной ткани, а следовательно - площадь поверхности. Моделью увеличения пло-. щади поверхности служило различное количество новообразованной костной ткани в результате репарации переломов.

ИттриЙ-91 вводили животным через два месяца после нанесения переломов, поскольку результаты , предварительных экспериментов и литературные дадаые (Френкель и др.,1980; Швырков и др.,1982) указывают на полное срастание переломов к этому времени. На рис.2 представлена динамика содержания радиоиттрия в организме подопытных и контрольных животных на ос-• но валии прижизненной радиометрии всего тела. Различия в накоплении иттрия-91 в зависимости от количества переломов были получены как средние данные по всей-груп-. пе, состоящей из 4-6 животных» я не являются индивидуальными. Тем

Рис.Г. Динамика содержания Гит*- менее тщательный подбор живот-

трия-91 в группах крыс, разли- кых в опыт и их относительная ге—

ЖЖетда нетическая однородность позволили

рис.1. Цифры - количество пере- предположить, что влияние очаго-ломоа а группе,"К" - контроль.

аого поражения является фактором, на фоне которого буд/т малосущественны другие особенности"обмена. Однако незначительные различия мегтог'Кривышгнв'даэволили выявить-четкой'зависимости метод числом1 • переломов и изменением-в кинетике поведения иттрия-91. на уровне целостного. орггнкема..'

Прн: сравнения экспериментальных: и* контрольной1 груш животных-по содержанию иттрия-9Г во всем организме и скелете--(табл.7, колонки На фоне общей' тенденции к увеличению накопленияпо мере возрастания- числа, переломов* достоверных: различий- не- наблюдалось;; при более узком сравнении'(табл^7,. колонки 4,5] значимы различия между соседними^ группами: (р<0,05;; исключение-~ группы с 2:и 3 переломами: в колонке- 4) и при- сравнении: юг с контролем' (р< 0,01)..Принтом обнаружено,, что различия между, соседними:группами - по ■ массе костной* ткани- недостоверны..,

- " ' Таблица Т

Разницам в: содержании: йттриг-91 а: експерименте * -, «¡контроле: (¿Д,%*ОТ введенного)

Груша Весь организм: Скелет .. костей**- - Перелом^

лА tn-tf.; ;ЛА Мл! лА-

2. перелома; \l,77 9,2а: 1,1Z ¡1,62: Ї 0,69- 1.57* 0;35

3 перелома:. 5,12: 7*62: 4,59 2;73* .0,60 2,52* 0,12.

5 переломов : 4і7б 9,23 4,49 7 3,02* 0,79 ,3;43* 0,Z7

Î0 переломов ■ 6,30 9,16 5,39 3,53 5,72* 0,81 5, её* 0,76

Примечание: I) - обе -ыалоберцовыа, ■ больше берцовые, плечевие, локтевые, лучевые и лопаточные-кости (всего 12 костей) . Я) ' - разница между ломаными' и~ симметричными- костями ^"контроль"); ' m

к - различия с коитролек'достоверпы (р*£0,0Г).

, Д»я объяснения этого явления был проседей корреляционный анализ зависимости увеличения накопления иттрия-91! от прироста массы новообразованной кости. Общий, коэффициент коррелящи ..составляет 0,74+0,09. При сравнении коэффициентов корреляте»! отдельно.для ка4-дой группы костеЯ было обнаружено, что он уменьшается в направлении; лучевая и локтевая кости - плечевая кость - большая и малая берцовые кости - лопатка (0,89; 0,69; 0,41 и 0,12,. соответственно). - По-отрму увеличение массы ломаных костей не является аб с о летной хорб-п-

теристихой группы и показателем числе переломов» оно отражает только тенденцию « общему Нарастанию массы новообразованное костной «кани. Очевидна также тенденция к перераспределению в'скелете костного вещества к иттрия-91 даже через два с лишним месяца после травьы. Радиометрические и авторадиографические исследования выявили повышенное накопление радионуклида местом бывшего перелома. Це-" нее выражен аффект при рассмотрении большие участков скелета; так, если в соседней с переломом кости и выборке из ограниченного числа костей можно выявить достоверное влияние локального повреждения.то уже во зсем скелете, а тем более - в целом организме, это влияние принимает смазанный, расплывчатый характер.

Расчетным путем определили увеличение содержания иттрия-91 за счет новообразованной кости. Сравнение расчетных и експериментальних результатов'показало, что расчет дает в среднем в 2,6 раза заниженные данные, что может быть объяснено изменением в локусе реге^ нерации на только площади поверхности, но и некоторых других ЛУФ8 (например, кровотока, продукции депонирующего агента, иктенсивнос-ти-процессов костной перестройки).

Использовав.критерий Стьпдента, показали, что достоверные сдви-, ги в кинетике иттрия-91 на уровне организма дойжны вызываться увеличением площади поверхности новообразованной кости на 43-113,на ткане вО-снстемном уровне - на 28-70 и на локальном уровне - на 3,1-9,8% площади поверхности всего скелета. Таким образом, даже относительно больше искусственные локальные сдвиги группы Д1ИФ вызывают не очень-значительные сдвиги обмена радиоиттрия на уровне целостного организма. В то же время в ряду интахтных наблсдаются особи,су-_ цественно различающиеся по обмену остеотропных радионуклидов и неко- ■ торым параметрам ЛМ5Ф., Это послужило одной из причин, побудивших оценить роль генотипа в происхождении морфо-физиологических факторов обмена. ■

* I + 4 ^ •

5. В10ІЮГИЧЕСККЕ ОСНОШ ГШЕЗА ИВДЩЦГАШЮЯ

. тдБОШЧвекой изшнивости сшшгга ..

Исследование роли генотнпических и средовых влияний в происхождении Лик проведено на примере встречаемости индикаторных альтернативных признаков- скелета, поскольку изменчивость этих признаков ха- . рахтериаует вариабельность формы и трофических особенностей кости, определявших параметры факторов, имевдих отношение к метаболизму. Применен.метод аппроксимации индивидуальных характеристик групповы-

ми показателями однородной по возрасту и генотнпу выборки лииейных животных.

Изучали встречаемость 26 альтернативных неметрических (т.н. "пороговых") признаков скелета (наличие или отсутствие отверстий для кровеносных сосудов и нервов, дополнительный костные элементы, вшадснио фрагментов кости и т.д.). Большая част.ь признаков относится к черепу С Berry, 1963; Berry, Бе axle, 1563; ПщгЪтал, I9G0; Васильев, IS84). Рядом работ { Hilborn, 1974; Self, Ьеаиу, 1970) показано, что генетический вклад в их изменчивость достаточно еолшс. Была произведена классификация особей, при которой отмечали наличие того или иного признака у.клждоЯ особи, а потом для выборки подсчитывали частоту встречаемости каждого признака. По совокупности частот всех признаков рассчитывали фелетйческпе дистанции келзду сравниваемыии группами животных. Использовал статистический метод их определения по Eartaaa (1900). Проведены две серии4 исследований.

В первой с целью определения генетической обусловленности особенностей строения скелета сравнивали четыре группы (по 40 животных) лабораторных мылеЯ (линии СВА, ВАТЛ/е » C57BL/G и нелинейные щдт).

Во второй серии исследовали влияние факторов внеиней среда на изменчивость тех же скелетных признаков у мыяей литии BALB/c .Учитывая, что неметрические пороговые признаки формируются в процессе эмбриогенеза, влияниям подвергали беременных самок (120). В качестве воздействий применены различные режимы охлаждения, .инъекции гормональных препаратов (ПТГ, ЖГГ) и химическая блокада функции щитовидной железы включением в диету метилтиоурацдла (ШУ). Срок'воздействия: сразу после прекращения периода спаривания-и до конца, беременности. Исследован скелетный материал от 174 детеныпеЯ.

Сравнение трех групп интактных линейных мшей показало досто-^ . верные различия мезвду ними по массе тела и массе бедренной кости (р<0,001-0,05), а также ряда размерных признаков черепа (р<0,05). Оказались велики и Генетические дистанции по комплексу неметрических пороговых признаков черепа (табл.83. Нелинейные кшн по всем . признакам занимают громежуточное положение,- достоверно (р0,001--0,05) отличаясь от линейных животных.

Таблицав Генетические дистанции по комплексу, неметрических признаков скелета между линейными и -нелинейными. (н/л) мкиами

В экспериментальных группах отчетливо выражено влияние воздействий на весовые и размерные показате-., ли потомства. Максимальные дистанции пороговых признак ков между подопытными груп- _ пами на порядок меньше мех-линейных (табл.9). Ни в одном случав не удалось с помощью экспериментальных воздействий в раннем онтогенезе получить различий, - ..сопоставимых о метклинейными.

Таблица 9

Фенотичоские дистанции по комплексу неметрических признаков скелета между экспериментальными группами мьеієй линии,- щьв/в

Линия * СВА Ш.Ш/С н/л

057В1/6 0,727 (0,060) - 0,705' (0,062) 0.4В5 (0,053)

■ СВА - 0,533 (0,052)- 0,455 (0,053)

ВАІЛ/с 0,117 (0,022)

Группа . Контроль (весна) ШУ ■ АКТГ птг , Холод I Холод П

Контроль (лето) 0,008 (0,010) -0,004 0,062 (0,024) 0,049 (0,022) 0,053 (0,025) .0,056 (0,021)

Контроль (весна)• - . -0.0П 0,041 £0,021) 0,015 (0,010) 0,034 (0,019) 0,017 (0,010)

ШУ 0,045 (0,030) 0,045 (0,028) 0,044 (0,023) 0,036 (0,026)

. АКТГ ' ; . - . ' - ' 0,022 (0,0X3) Л), 001 0,030 (0,014)

' птг - . : ''' г.." - -0,002 . 0,033 (0,016)

. Холод I - ' - -0,003

/Примечание к табл.8,9: в скобках приведены средние квадратичные от-■ - ялонения; отрицательные значения указывая* на.недосто-■ верность различий.

выводы

1. Индивидуальные особенности обмена остеотропных радионуклидов в скелете позвоночных животных, к человека одного возраста й пола настолько значительны, что могут перекрывать межвидовые различия, и исследование механизмов возникновения этих особенностей представляет собой важную радиобиологическую.проблему.

2. Разработаны оригинальные методики определения параметров морфо-физиологическях факторов обмена остеотропных веществ (величины внешней и общей нативных поверхностен, трабекулярности кости), а ' также метод модификации лимитирующих морфо-физнояргических фелторов

с помощь» множественных переломов.

3. Определен ряд количественных характеристик морфо-физиологи-чесяих факторов в организме взрослой крысы.

3.1. Площадь нзтибноП поверхности скелета - 738-828 см^.

3.2. Удельная'поверхность (без учета поверхности сосудистых каналов) для компактной кости - 27-34 см"*,, для губчатой кости - 360-414 см-1.

3.3. Интенсивность новообразования костной ткани - от 0,5 до 2,8 ккм/сут у взрослых животных, у интенсивно растущих - от 3-4 до 20-30 мкм/сут. Она различается не только у отдельных особей и в различных участках скелета, но и в пределах одной и той же кости.

3.4. Трабекулярность бедренной кости - 22,7-33,

3.5. Костный объем спонгаозы — 27,6-34,

4. Не найдено какой-либо закономерности в изменении параметров нор^о'-фи апологических факторов при увеличении-размеров тела животных пяти Изученных видов (за исключением п&рометра "удельная поверхность кортикальной кости", уменьшавшегося с увеличением массы тела). В то же время индивидуальные параметры даже внутри однородной по . массе тела и возрасту группы особей одного вида могут существенно различать«.

5. Экспериментально показано, что индивидуальные особенности кинетики иттрия-91 в скелете крыс объясняются различиями параметров лимитирующих морфо-физиологичееких факторов обмена (площадь поверхности-скелета-, удельная поверхность, отношение площади поверхности скелета к объему крови, скорость аппозиционного роста и интенсивность резервен костной ткани).

6. Обнаружена высокая корреляция между накоплением иттр«1я-91в локусе бывшего перелома и увеличением площади поверхности. Повышенной интенсивность» характеризуются некоторые важнейшие норфо-фаьио-

15 ■ ■.-:'*

логические процессы, тесно связанные с поверхностью новообразованной костной ткани. Так, большая часть этой поверхности занята процессами перестройки, и скорость аппозиционного роста здесь колеблется от 2,5 до б,б мкм/сут*

7. Достоверные сдвиги- в кинетике обмена иттрия-91 на уровне организма, тканево-системном и локальном уровнях можно определить, при увеличении площади поверхности новообразованной костной ткани соответственно на 43-113, £8-70 и 3,1-9,6£. площади поверхности всего скелета (при неизмедоости параметров остальных факторов).

8. Показано, что в генезе индивидуальной изменчивости альтернативных неметрических признаков скелета, использованных в качестве инднхаторовнорфо-физиологическнх факторов обмена остеотропных веществ в скелете,' ведущая роль принадлежит генотипу, в то время как опосредованное Материнским организмом действие факторов внешней среди проявляется в значительно меньшей степени.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: ■ ,

1. Лпбашевский H.tl. . Стешша В.И. Роль транспорта в обменных процессах ростковых зон скелета. - В кн.: Тезисы докладов УП Урадь' ской научной конференции физиологов, биохимиков и фармакологов о

участием практических врачей, Ижевск, 1973, с.272-273.

2. Степана В.И., Любашевский Н.Ы., Гайсина Ö.'U. Применение радиоактивного изотопа для оценки гомеостаза кальция при экстремальных воздействиях* ■ - В кн.: Новые направления применения изотопов в медицине. Свердловск, 1973, с,57-59.

3. Дюбашевский H.H., Шарыгин Л.Ы., Степина В.И, Нативные поверхности и сорбционйая способность зрелой и формирующейся костной ткани. - В кн.: Метаболизм радиоизотопов в животном организме. Свердловск: УНЦ АН СССР; 1974, с.12-10.

4. Лпбашевский Н.Ы,, Стариченко В.И,. Авторадиографическая оценка сравнительной роли нвкоторш физико-химических факторов в накоплении остеотропных радиоизотопов 'скелетом.В кн.: Комгцексооб-разовашё и метаболизм радиоактивных изотопов. Свердловск: УНЦ ¿11 СССР, 1976, с. 18-27.

5. Стариченко В.И» Особенности кровоснабжения н трофшш костной ткани. - В кн.: Проблемы экологии, регионального использования

■ я охраны природных' ресурсов на Урале. Свердловск: УНЦ АН СССР, V 1Ä0, с.103-105. . :" 6; Лабавевский U.U., Попов Б.В*, Стариченхо В,И* Цатематическая модель влияния морфо-физиологических факторов обмена-на метаболизм

" J ■ ' . : : 16

радионуклидов в скелете позвоночных^ .-В кн.: Математическое моделирование в медицина и биологии, Свердловск» 19811 с.24-£б. ?» Стариченко В.И., Лвбашевский Н.Ы., Влияние гормональных воздействий и холода на беременных кшей»,- В кн. : - Адаптации организ~> мов к цриродйым усдовиям: Тез.докл. УІ Всес.конф. по зколопгда-ской физиологии, Сыктывкар, 1982, t.3,c.S0.. Є. А.С.І0І530Х (СССР), Способ мечения мелких шіеісогатаацях/А. В, Баженов, В. Н, Большаков , 0. Садиков , ■ В. И. Стариченко , 0. А. Лукьянов. Заявл.27,07.81. » 3330974/30-15; Опубл.в В.И.,1903,» I6,c.I59. 9. СтариченкоВ.И., Попов Б.В., Любашевский Н.и. Анализ индивиду- , альной, вариабельности обменных процессов в скелете крысы Battus rattus. -Вен;: Грызуныг Иатер.У! Всес.совеч. л.; Наука, .

.. 1333. 0*193-194., • 1 . ..

10. Стариченко1 В.И.,, Толстых Б.К. Формирование скелета крысы к его : возрастные особенности* — В кН,.: Исследование актуальных проб- ' лем териологии*.Свердловск: УНЦ АН ОССР, 1963, с.9б-96,>\ -

XI. Фенетические дистаадии между линиями лабораторных домовых мыаей по коышексу. неметрических пороговых . признаков скелета / Васильев А.Г.. Васильева И.А., ЛвбахёвскнН H.H., СтариченноВПІ.~В кн.: Генетико-селекционные исследования на .Урале. Свердловск: - УНЦ АН СССР,'1984, с.9-10. ,,

12. Экспериментальное изучение влияния/факторов среда в пренатально« развитии на Изыеютвость неметрических признаков скелета у допев дшшіваїд/о / Васильев А*Г., Васильева И,А;, Стариченко В.И.,

. Лвбашевский Н.Ы. - Там же, , с.7-9. .

13. Стариченко В.И. Особенности"куїзулированкя.тетраоіклина в реэидх « кортикальной кости крыс.в зависимости от возраста., - В кн.: Регистрирующие структуры и■ определение возраста ылекопитахщих:. Тез.доял. Всес.конф. iL, 1904, C.68-Ê9.

14. О роли генетических п ередовых факторов в изменчивости.неметрических пороговых признаков скелета идекоштаицих / Васильев А.Г., Васильева И.А*, Любашевский Н.Ц., Стариченко В.И. - В кн.: Генетика популяций: Катер. Ш Всес.совещ. ¡І., 1965, с.5-7. '

15. Дерераспредедєние стрсицкя-20 в мягких тканях крыс при екзогенних воздействикх/Любашевский Н.Ы.,Сарапульце в И.А..Стариченко ' В.И. ,Кшшер С.Н. - В кн. : Биохимическая экология. Экспериментальная и клиническая биохимия. Свердло век :УКЦ Ali CCCP,I96S,

с.75-70.

16. Стариченко В.И., Осипенко A.B., ЛгбелевсклЯ H.à, йодифпжагул минерального обмена при индуцированном остеогенезе. - Том es,

frei 1259 5.7.1985 г. Зак 4266 Тир 200 Тип УЗТМ, г. Свердловск, Д-12