Автореферат: Индивидуальные особенности кинетики остеотропных веществ

При хроническом поступлении в организм мышей стабильного фтора также показана корреляция его концентрации и массы бедренной кости (r = -0,35, p<0,01). Эта зависимость, как и при депонировании ⁹⁰Sr (рис. 6), свидетельствует о связи кинетики остеотропного фтора с фактором «поверхность - объем».

Необходимо рассмотреть более подробно еще два фактора, от которых зависит уровень депонирования радионуклида - «интенсивность роста» и «скорость резорбции» костной ткани. Чем больше аппозиционный рост кости в момент поступления радионуклида, тем выше его аккумуляция в скелете. В отдаленные сроки, когда весь радионуклид прочно фиксирован костной тканью, на первое место среди факторов, определяющих выведение радионуклидов, выходит костная резорбция: чем выше ее скорость, тем интенсивнее выведение радионуклида.

Депонирование ⁹⁰Sr в зависимости от интенсивности ростовых и перестроечных процессов в костной ткани. Вклад этих факторов оценен у одновозрастных животных. Схема эксперимента сходна с описанной выше. Сразу после родов самки мышей CBA были разделены на две группы - «контроль» и «монофагия». Через 4 недели (одновременно с отсадкой самок от потомства) из половины детенышей группы «монофагия» была сформирована группа «отмена монофагии». Животные этой группы начали получать виварный рацион и стали быстро расти. Из контрольной группы выделена группа животных, у которых искусственно усиливали костную резорбцию (группа «МР») путем многократного введения per os раствора дигидротахистерола (последнее введение - одновременно со ⁹⁰Sr). ⁹⁰Sr вводили в возрасте 8 недель. Эфирная эвтаназия произведена в два этапа - через 1 и 21 сутки после введения радионуклида. Всего сформировано 8 экспериментальных групп: «контроль», «МР», «монофагия» и «отмена монофагии», индексы 1 или 2 указывают на время, прошедшее после введения ⁹⁰Sr.

Массовые характеристики животных, переведенных с овсяной монофагии на виварный рацион, и животных с модифицированной костной резорбцией близки к контролю и друг к другу. Иная картина наблюдается для концентрации ⁹⁰Sr: через 1 сут после введения обращают на себя внимание значимые (p<0,05) различия в депонировании ⁹⁰Sr в костях животных групп «МР-1» и «отмена монофагии-1» по сравнению с контролем-1 (рис. 9). Концентрация ⁹⁰Sr меньше как в бедренной, так и в большеберцовой кости животных группы «МР-1» (1558 ± 75 и 1453 ± 64 Бк/г) по сравнению с группой «контроль-1» (1786 ± 70 и 1657 ± 61 Бк/г) соответственно. В группе «отмена монофагии-1», наоборот, наблюдается превышение контрольных уровней: 2164 ± 83 и 1933 ± 87 Бк/г соответственно. При этом концентрация ⁹⁰Sr в костях животных группы «отмена монофагии-1» занимает промежуточное положение между группами «контроль-1» и «монофагия-1»: 2685 ± 68 Бк/г - в бедренной и 2279 ± 74 Бк/г - в большеберцовой кости. (В данном эксперименте группы «монофагия» использованы как исходные для получения животных групп «отмена монофагии» и будут рассмотрены отдельно).

Через 21 сут значительное количество радионуклида выводится из организма. Концентрация ⁹⁰Sr в обеих опытных группах к этому сроку не отличается от контрольной. Однако различия в содержании ⁹⁰Sr в скелете между опытными группами остаются на прежнем уровне (рис. 9). Через 1 сут содержание в скелете составляет: «МР-1» - 45,0 ± 1,7, «отмена монофагии-1» - 56,1 ± 0,7% от исходного, через 21 сут - 23,9 ± 1,2 и 31,4 ± 0,7% от исходного соответственно.

Таблица 2. Скорость периостального костеобразования на уровне середины диафиза в длинных трубчатых костях экспериментальных мышей, мкм сут^-1 (M ± m)

Различия в аккумуляции ⁹⁰Sr адекватно совпадают с различиями в распределении тетрациклиновых меток и в интенсивности костной аппозиции (табл. 2). Усиление костной резорбции в ранние сроки вызывает замедление роста. В поздние - происходит не только восстановление костной аппозиции до контрольного уровня, но и незначительное превышение его. Перевод на стандартный рацион приводит к нормализации ростовых процессов. Следует отметить, что для животных групп «монофагия» просматривается явное противоречие этому выводу. Они имеют самый высокий уровень аккумуляции радионуклида при самой низкой аппозиции кости. Сравнение коэффициента озоления и уровня аккумуляции ⁹⁰Sr представлено на рис. 10. Корреляция концентрации ⁹⁰Sr и коэффициента озоления, как и в предыдущем эксперименте, достаточно высока, коэффициент корреляции составляет для бедренной кости -0,70, для большеберцовой - -0,64 (p<0,01).

Таким образом, особенности депонирования остеотропных радионуклидов в скелете животных связаны с количественными значениями морфофизиологических факторов, таких как соотношение «поверхность - объем», интенсивность роста и резорбции костной ткани, а также степень ее минерализации. Увеличение соотношения «поверхность - объем», повышение костной резорбции и скорости перестроечных процессов приводит к уменьшению аккумуляции радионуклида. Возрастание степени минеральной насыщенности кости также ведет к снижению уровня депонирования. Усиление ростовых процессов способствует более интенсивному накоплению излучателя. Полученные в работе результаты подтверждают исходную посылку: судьба остеотропных веществ в организме определяется индивидуальными особенностями морфофизиологических параметров скелета.

Отдельно изучена кинетика тетрациклина и ⁹⁰Sr в специализированных кальцифицированных структурах - зубах (на примере резцов крысы). Это связано с тем, что особенности накопления в зубах остеотропных веществ представляют интерес как для проблемы формирования в них доз от инкорпорированных радионуклидов (зубы являются основными индикаторами в ЭПР-дозиметрии), так и для распределения в тканях зуба лекарственных веществ.

На рис. 11, Б показана диаграмма распределения ⁹⁰Sr на радиоавтограмме поперечного среза резца. Длина горизонтальных линий справа соответствует относительному количеству включенного радионуклида. Бьльшая часть излучателя проникает в дентин со стороны пульпы, небольшое количество присутствует также в ранее сформированном дентине и заметно увеличивается в эмали. Объяснение этому находится в факте проникновения радионуклида по дентинным канальцам вглубь, а также в выведении его после внутривенного введения в слюну, из которой путем осаждения часть радионуклида попадает в эмаль резца (Ярцев Е.И., 1963; Федоров Ю.А., 1970; Шишкина Е.А., 1998; Sognnaes R.F., 1961).

В постоянно растущих зубах грызунов, в которых процессы ремоделирования представлены в полном объёме, их влияние аналогично тому, которое наблюдается в активно растущей кости. Так, линейная скорость прироста дентина, приводящая к «замуровыванию» радионуклида или тетрациклина, значительно больше аппозиционного роста кости (12-20 и 2-5 мкм сут^-1 соответственно). Скорость же стирания резца (400-430 мкм сут^-1) превышает интенсивность резорбции костной ткани, выводящей в кровоток отложившееся в кости остеотропное вещество. Соотношение процессов аппозиции и роста резца в длину приводит к тому, что радионуклид выводится из резца более интенсивно, чем из скелета крысы. Исследование удельной поверхности показало, что для резца крысы и кортикальной кости диафиза длинных трубчатых костей величина удельной поверхности близка: 24 ± 1,0 и 30 ± 1,2 см^-1 соответственно. Эмалевая и корневая площади поверхности резца составляют соответственно 20 и 55% всей площади поверхности, пульпарная - 25%.

Накопление остеотропных веществ в резцах крысы не может расцениваться как показатель физиологического состояния костной ткани, поскольку резцы обладают совершенно уникальными особенностями роста, однако анализ литературы (Lefkowitz W. et al., 1953; Шишкина Е.А., 1998) показывает, что их отличие от других зубов носит только количественный характер. Для радиологических целей может представлять значительный интерес тот факт, что количественные изменения содержания радионуклида в резце могут быть показателем времени, прошедшего с момента его поступления в организм.

Таким образом, полученные данные подтверждают применимость концепции ЛМФФ для индивидуального прогноза судьбы остеотропного вещества в организме позвоночных. Однако вклад наследственных и средовых влияний в формирование системы МФФ и, следовательно, в индивидуальные особенности кинетики остается неизвестным.

3. Физиолого-генетический анализ причин индивидуальной вариабельности скелета

Вариабельность физиологических и морфологических параметров организмов (в том числе костной ткани и скелета) является давно утвердившимся в биологии фактом, однако вопрос о причинах ее продолжает оставаться нерешенным. Не подлежит сомнению, что это форма проявления фундаментальной закономерности - биологического разнообразия. Но особенности отдельных структур и функций организма выяснены недостаточно и требуют дальнейшего изучения.

Оценку соотношения наследственных и средовых компонент в изменчивости морфологических структур и метаболических реакций скелета проводили на инбредных линейных мышах. Индикаторами МФФ служили качественные альтернативные признаки скелета, которые имеют только две степени проявления - «есть» или «нет». Эти признаки называют еще неметрическими пороговыми в отличие от метрических (количественных) характеристик (например, массы, длины, объема, концентрации и др.). В скрытом виде альтернативные признаки имеют количественную природу наследования (Grьneberg H., 1952). Так, если в процессе эмбрионального развития зачаток будущей структуры (например, зуба) достигает определенной величины, формируется эта структура. В случае же, когда в эмбриогенезе зачаток структуры не достигает порогового уровня, данный признак у взрослого организма отсутствует. Установлено, что многие варианты в строении скелета грызунов относятся к числу пороговых. Это наличие или отсутствие определенных отверстий для кровеносных сосудов и нервов, выпадение фрагментов кости, дополнительные костные элементы и т.д. Большинство из них относится к черепу (Васильев А.Г., 1984, 2005; Berry R.J., 1963; Berry R.J., Searle A.G., 1963; Hartman S.E., 1980). Известна высокая генотипическая обусловленность встречаемости частот этих признаков у отдельных линий животных (Berry R.J., 1963; Grьneberg H., 1963; Hilborn R., 1974; Self S.G., Leamy L., 1978).

Альтернативные признаки не связаны непосредственно с метаболическими свойствами кости, однако косвенно их вариабельность отражает изменчивость ряда трофических структур скелета (объема, площади поверхностей, кровоснабжения, иннервации и др.), которые определяют метаболизм костной ткани, и в этом смысле являются индикаторами. Такой подход дает возможность произвести интегральную оценку генеза МФФ, не рассматривая генез каждого фактора в отдельности. Вклад наследственной составляющей в вариабельность признаков изучен на нескольких линиях инбредных интактных мышей. Влияние средовых факторов - в модельных экспериментах на отдельных линиях. Следует подчеркнуть, что наследственная компонента изменчивости состоит из собственно генетической и эпигенетической изменчивости. В настоящее время под эпигенетической изменчивостью понимают изменение экспрессии генов без изменения генетического материала (Назаренко С.А., 2002; Животовский Л.А., 2003; Васильев А.Г., 2005; Jablonka E., Lamb M.J., 1998).

С целью определения наследственной обусловленности особенностей строения скелета сравнивали три линии лабораторных мышей (BALB/c, CBA и C57BL/6). Фенетические дистанции по комплексу из 25 неметрических признаков скелета между линиями составляют 0,674-0,912.

Так как пороговые неметрические признаки формируются в период эмбриогенеза, то для выявления влияния на их развитие экзогенных факторов воздействиям (температурным, химическим, гормональным и гормоноподобным, различным несбалансированным диетам) подвергали беременных самок линии BALB/c, как наиболее реактивной к стрессу из использованных линий (Беляев Д.К. и др., 1977; Маркель А.Л., Бородин П.М., 1981). Оказалось, что фенетические дистанции между отдельными экспериментальными группами колеблются от -0,010 (отрицательные значения являются незначимыми) до 0,052. Ни в одном случае не удалось с помощью экспериментальных воздействий в раннем онтогенезе получить различий, сопоставимых с межлинейными.

Количественные характеристики подвержены существенно бульшей вариабельности. Например, несбалансированная материнская диета приводит к изменению массовых и размерных параметров скелета экспериментальных животных, сравнимому с межлинейным уровнем.

Оценку линейной специфичности реакций скелета на одно и то же воздействие (несбалансированную материнскую диету - овсяную монофагию) проводили на мышах линий BALB/c, CBA и BC. Результаты исследований свидетельствуют об однонаправленных изменениях массовых и размерных характеристик скелета мышей всех линий, что указывает на отсутствие линейной специфичности реакции скелета. По комплексу неметрических признаков различия между экспериментальными группами внутри одной линии статистически значимы, но на порядок меньше межлинейных. По массовым и размерным показателям различия сопоставимы с межлинейными.

Для оценки степени лабильности и возможности достижения максимального эффекта повреждающего фактора искусственная монофагия применена у мышей линий BALB/c и CBA в пренатальном периоде и на разных сроках постнатального развития. Выявлено, что наибольший эффект для альтернативных, массовых и размерных признаков достигается, когда воздействие фактора затрагивает период раннего постнатального онтогенеза (применение овса с момента родов), пренатальное действие монофагии относительно невелико. Это связано, по всей видимости, с недостатком в овсяной монодиете пластических веществ (Петрухин И.В., Петрухин Н.И., 1992), необходимых для естественного развития детенышей, и практически полностью компенсируемым материнским организмом во время беременности, в значительно меньшей степени - во время лактации.