Поєднана дія емоційного стресу і недостатності гонад на стан кісткової тканини та її корекція

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імен і В.Н. КАРАЗІНА

Б ІЛЕЦЬ МАРИНА ВОЛОДИМИРІВНА

УДК [612.753:591.465.3]:615.357

ПОЄДНАНА ДІЯ ЕМОЦІЙНОГО СТРЕСУ І НЕДОСТАТНОСТІ ГОНАД НА СТАН КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ ТА ЇЇ КОРЕКЦІЯ

03.00.13 – фізіологія людини і тварин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Харків - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вищому державному навчальному закладі України “Українська медична стоматологічна академія” Міністерства охорони здоров’я України (м. Полтава).

Науковий керівник:

доктор медичних наук, професор Тарасенко Лідія Мусіївна,

Вищий державний навчальний заклад “Українська медична

стоматологічна академія” Міністерства охорони здоров’я України (м. Полтава),

професор кафедри медичної, біологічної та біоорганічної хімії.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Перський Євген Ефроїмович,

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

Міністерства освіти і науки України,

завідувач кафедри біохімії (м. Харків);

доктор медичних наук, професор Жуков Віктор Іванович,

Харківський національний медичний університет

Міністерства охорони здоров’я України

завідувач кафедри біологічної хімії (м. Харків).

Захист відбудеться “05 ” березня 2008 року о 15¹⁵ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.17 Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України (61077, м. Харків, пл. Свободи, 4, ауд. ІІІ-15).

З дисертацією можна ознайомитися в Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України (61077, м. Харків, пл. Свободи, 4).

Автореферат розісланий “28 ” січня 2008 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.М. Дзюба

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Згідно даним експертів ВООЗ, остеопороз займає четверте місце після серцево-судинних, онкологічних захворювань та цукрового діабету. Частота розвитку остеопорозу в різних регіонах України серед старших вікових груп складає 20-39% (жінки) та 9-23% (чоловіки). Ризик переломів мають 10,7% від загальної кількості населення України (Цейтлін О.Я., 2002; Поворознюк В.В., 2004). Відомо багато факторів ризику остеопорозу, а саме: менопауза та старіння, дисфункція ендокринних залоз, захворювання органів різних фізіологічних систем (Поворознюк В.В., 2002; Рожинская Л.Я., 2007). Але серед факторів ризику остеопорозу недостатньо розкрита роль емоційного стресу, хоча йому відводиться провідна роль у розвитку багатьох неінфекційних захворювань (Меерсон Ф.З., 1988).

Відомо, що патогенез стресорних реакцій та механізми ушкодження клітин реалізуються з участю симпато-адреналової та гіпоталамо-гіпофізарно-наднирникової систем, що сприяє катаболічному ефекту стреса, який найбільш яскраво проявляється в органах системи травлення та сполучнотканинних структурах, різновидом яких є кісткова тканина. Роботами ряду авторів показане підсилення резорбції альвеолярного відростка щелепних кісток та інших відділів скелету за умов гострого та хронічного стресу (Тарасенко Л.М. та ін., 1999; Мазур І.П. та ін., 2003). Подразнення емоціогенних зон мозку, що формують гострий емоційний стрес, зумовлює підсилення резорбції кісткової тканини уже в перші години після дії стресорних чинників (Тарасенко Л.М., 1985).

У більшості досліджень молекулярних механізмів стресорних впливів на кісткову тканину поза увагою залишається питання про характер змін неколагенових білків органічного матриксу кісткової тканини, які виконують важливу роль у підтриманні її гомеостазу. На сьогоднішній день недостатньо розкритими залишаються такі важливі питання, як характер змін неколагенових білків кісткової тканини за умов емоційного стресу; порівняльна характеристика стресорних змін кісткової тканини в різних відділах опорно-рухового апарату (нижній щелепі, стегновій кістці, хребцях); особливості впливу стресорних факторів та сполученого впливу емоційного стресу і недостатності гонад на органічні і неорганічні компоненти кісткової тканини; статеві відмінності стресорних змін органічного матриксу та мінеральної фази кісткової тканини; шляхи корекції зниження маси кісткової тканини при стресорних впливах, недостатності гонад та при їх сполученому впливі за допомогою біорегуляторів (кальцитоніну, андрогенів і естрогенів).

Зв ’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно з планом науково-дослідної роботи кафедри медичної, біологічної та біоорганічної хімії Вищого державного навчального закладу України “Українська медична стоматологічна академія” (м. Полтава): “Молекулярні механізми ушкодження сполучнотканинних структур за умов емоційного стресу та їх зв’язок із стресостійкістю організму” (№ держреєстрації 0105U002208).

Мета і завдання дослідження. Мета даної роботи – дослідити характер зміни структури неколагенових білків органічного матриксу та компонентів мінеральної фази кісткової тканини різних відділів скелету за умов емоційного стресу, недостатності гонад, їх поєднаного впливу та корекції за допомогою біорегуляторів.

Мета досягалась постановкою наступних завдань:

1) на моделі емоційного стресу дослідити характер зміни структури неколагенових білків у кістковій тканині різних відділів скелету (нижня щелепа, стегнова кістка, хребці);

2) вивчити статеві особливості змін структури неколагенових білків органічного матриксу та компонентів мінеральної фази кісткової тканини різних відділів скелету тварин за умов емоційного стресу;

3) дослідити характер зміни структури неколагенових білків органічного матриксу та компонентів мінеральної фази кісткової тканини різних відділів скелету за умов поєднаного впливу емоційного стресу та недостатності гонад;

4) охарактеризувати патоморфологічні зміни в різних відділах скелету за умов емоційного стресу, недостатності гонад та їх поєднаного впливу;

5) вивчити вплив біорегуляторів (кальцитоніну, чоловічих та жіночих статевих гормонів) на стан органічного матриксу та мінеральної фази кісткової тканини за умов емоційного стресу та його поєднаної дії з недостатністю гонад.

Об’єкт дослідження – закономірності змін органічного та мінерального компонентів кісткової тканини різних відділів скелету (нижня щелепа, стегнова кістка та хребці) у експериментальних тварин за умов парціальної та поєднаної дії емоційного стресу і недостатності гонад та шляхи їх корекції за допомогою біорегуляторів.

Предмет дослідження – компоненти органічного матриксу та мінеральної фази кісткової тканини різної локалізації (нижня щелепа, стегнова кістка та хребці) за умов дії емоційного стресу, недостатності гонад та їх поєднаного впливу з корекцією метаболічних змін в кістковій тканині.

Методи дослідження – експериментальні моделі емоційного стресу, недостатності гонад, фізіологічні, біохімічні, гістологічні та математико-статистичні методи дослідження.

Наукова новизна одержаних результатів. В дисертаційній роботі досліджена роль емоційного стресу в активації процесів резорбції кісткової тканини. Вперше на моделі емоційного стресу проведено дослідження характеру змін неколагенових білків у кістковій тканині різних відділів скелету (нижня щелепа, стегнова кістка, хребці). Встановлено, що емоційний стрес підсилює розпад протеогліканів та глікопротеїнів, про що свідчить підвищення рівня їх складових (гексуронових кислот, глікозаміногліканів, N-ацетилнейрамінової кислоти) в кістковій тканині. Зміни вмісту неколагенових білків за умов емоційного стресу більш виражені порівняно зі змінами мінерального компоненту кісткової тканини. Пріоритетними є дані про те, що сполучена дія емоційного стресу та недостатності гонад здійснює потенціюючий вплив на кісткову тканину. Встановлено найбільш високу чутливість кісткової тканини нижньої щелепи до дії стресорного фактору та його сполученого впливу з недостатністю гонад порівняно з іншими відділами скелету (стегнова кістка, хребці). Підсилення резорбції альвеолярного відростка обумовлює випадіння молярів у 45% тварин жіночої статі даної групи досліджень.

Обгрунтовано нове положення про те, що кісткова тканина самців є більш вразливою до дії емоційного стресу порівняно з самками. Але за умов сполученої дії емоційного стресу та недостатності гонад у самок розвиваються більш виражені зміни структури кісткової тканини, ніж у самців. Отже, доведена ключова роль статевих гормонів у підтриманні гомеостазу кісткової тканини та генезі патологічних зрушень під впливом емоційного стресу на фоні недостатності гонад. Новими є дані про здатність чоловічих і жіночих статевих гормонів та кальцитоніну послаблювати зміни органічного та мінерального компонентів кісткової тканини та нормалізувати структурну організацію кісткової тканини за умов дії емоційного стресу, недостатності гонад та їх поєднаного впливу.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень поглиблюють і суттєво доповнюють існуючі уявлення про молекулярні зміни в кістковій тканині при емоційному стресі, недостатності гонад та їх поєднаному впливі, про неоднакову чутливість різних відділів скелету до дії патогенних факторів.

Результати експериментальних досліджень щодо використання біорегуляторів для корекції метаболічних змін в кістковій тканині обґрунтовують можливість їх застосування з метою усунення стресорних ушкоджень кісткової тканини та нормалізації метаболічних процесів в ній. Одержані результати можуть бути використані у навчальному процесі при вивченні розділу “Метаболізм кісткової тканини”, “Етіологія і патогенез остеопорозу” та “Етіологія і патогенез пародонтиту". Результати роботи впроваджені в навчальний процес кафедр нормальної фізіології, патологічної фізіології, експериментальної та клінічної фармакології з клінічною імунологією та алергологією Вищого державного навчального закладу України “Українська медична стоматологічна академія”.

Особистий внесок здобувача полягає в підготовці та проведенні експериментальних досліджень. Усі експериментальні дані, використані в дисертації, отримані при безпосередній участі автора роботи. Інтерпретацію одержаних результатів, висновків здійснено разом з науковим керівником – професором Л.М. Тарасенко.

Апробація результатів дисертації. Основні положення результатів роботи оприлюднені на: IX Международном конгрессе по клинической патологии (Бангкок, Таиланд 15-23 февраля 2004), міжнародній науково-практичній конференції “Сучасний стан і проблеми експериментальної та клінічної медицини” (Тернопіль, 11-12 листопада 2004), ІV Національному конгресі патофізіологів України з міжнародною участю (Чернівці, 2004), 59 міжнародній науково-практичній конференції студентів та молодих вчених НМУ ім. О.О. Богомольця “Актуальні проблеми сучасної медицини” (Київ, 6-8 квітня 2005), ІХ Міжнародному медичному конгресі студентів і молодих учених (Тернопіль, 21-22 квітня 2005), науково-практичній конференції з міжнародною участю “Сучасні проблеми медичної та клінічної біохімії” (Чернівці, 18-20 травня 2005), Международном молодежном медицинском Конгрессе ”Санкт-Петербургские научные чтения” (Санкт-Петербург, Россия, 7-9 декабря 2005), підсумковій науковій конференції молодих учених “Медична наука – 2005” (Полтава, 2005), X Міжнародному медичному конгресі студентів і молодих учених (Тернопіль, 11-13 травня 2006), на засіданні Полтавського відділення Українського біохімічного товариства (січень, 2006); ХІ Конгресі Світової федерації українських лікарських товариств (Полтава, 28-30 серпня 2006), ІХ Українському біохімічному з’їзді (Харків, 24-27 жовтня 2006).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 18 друкованих робіт, з них 8 статей, 10 робіт в матеріалах і тезах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 142 сторінках друкованого тексту і складається зі вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів дослідження, результатів власних досліджень та їх обговорення, висновків та списку літератури, який включає 111 джерел кирилицею та 60 латиницею. Робота ілюстрована 18 рисунками і 32 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури складається з шести підрозділів, в яких розглянуті сучасні поняття про структурну організацію кісткової тканини, механізми її мінералізації, шляхи регуляції метаболічних процесів в кістковій тканині (КТ). Викладені питання щодо впливу емоційного стресу (ЕС) та недостатності гонад (НГ) на стан кісткової тканини, а також принципи корекції структурно-функціональних змін в КТ.

Матеріали та методи дослідження. Експерименти виконані на 220 статевозрілих щурах обох статей лінії Вістар масою 157-200 г віком 4-6 місяців. Тварин утримували на звичайному раціоні віварію в стандартних умовах. Експерименти виконані з урахуванням сезонних і добових біоритмів. Кожна серія досліджень мала відповідну контрольну групу. Попередньо проводили рандомізацію тварин за масою тіла. При проведенні експериментальних досліджень дотримувались рекомендацій щодо медико-біологічних досліджень згідно міжнародних принципів Європейської конвенції “Про захист хребетних тварин, які використовуються для експериментів та інших наукових цілях” (Страсбург, 1985) та норм біомедичної етики, відповідним Законам України “Про захист від жорстокого поводження” (Київ, 2006). Емоційний стрес моделювали за методом Є.А. Юматова та співавт. (1988), в основі якого лежить відтворення природної зоосоціальної конфліктної поведінки. Щурів (від 2 до 4) індивідуально фіксували за хвіст до дна клітки щоденно по 5 годин впродовж 4 днів. На четвертий день відтворення ЕС проводили евтаназію тварин під гексеналовим наркозом (50 мг/кг маси). Для оцінки розвитку ЕС були використані наступні критерії: маса наднирників, тимуса, селезінки та частота і множинність виразок слизової оболонки шлунка. Дана модель ЕС характеризується підвищенням концентрації стресогенних гормонів - катехоламінів та глюкокортикоїдів в крові (Юматов Е.А., 1988). Недостатність гонад моделювали шляхом оваріоектомії самок та тестектомії самців за методом Я.Д. Кіршенблата (1969) під ефірним наркозом за 20 днів до початку відтворення ЕС.

Корекцію метаболічних змін в кістковій тканині проводили напередодні моделювання емоційного стресу введенням peros чоловічих та жіночих статевих гормонів шляхом використання препаратів: “Андріол” (10 мкг/кг) (Schering, Німеччина) та “Фемостон” (10 мкг/кг) (SolvayPharmaceuticals, Нідерланди). Дозу препаратів розраховували, виходячи з мінімальної терапевтичної дози для тварин, а також з урахуванням вмісту відповідних гормонів у препаратах (Западнюк І.П., 1983; Поворознюк В.В. та ін., 2004). Корекцію кальцитоніном проводили напередодні моделювання ЕС введенням підшкірно препарату кальцитоніна лосося “Міакальцик” (0,2 мкг/кг) (Novartis, Норвегія). Дозу введення препарату розраховували, виходячи з мінімальної терапевтичної дози та з урахуванням того, що 1 одиниця препарату (МЕ) відповідає концентрації гормона, який викликає у щурів зниження на 10% рівня кальцію в крові (Поворознюк В.В., 1999).

Стан неколагенових білків (протеогліканів та глікопротеїнів) КТ оцінювалі шляхом визначення в різних відділах скелету (нижній щелепі, стегновій кістці та хребцях) специфічних біополімерів протеогліканів (гексуронових кислот, фракцій глікозаміногліканів: гіалуронової кислоти, хондроїтин-4- (ХС-4) та хондроїтин–6-сульфатів (ХС-6)) і глікопротеїнів (фукози та N-ацетилнейрамінової кислоти (NANA)) (Леонтьев В.К., 1975; Герасимова А.М., 1986; Шараев П.Н., 1987; Камышников В.С., 2000; DischeJ., 1956; ВitterA. etal., 1968).

В мінералізаті КТ визначали вміст кальцію, фосфору (Леонтьев В.К. и др., 1976; Камышников В.С., 2000). Кількісну оцінку стану КТ проводили за показниками щільності (г/см³ ) та об’ємного вмісту мінеральних речовин (мінеральна насиченість, г/см³ ) в сухих знежирених фрагментах кістки. Ступінь мінералізації органічного компоненту визначали за співвідношенням маси мінеральних речовин до маси досліджуваного фрагменту (зольність, %) (Ступаков Г.П. и др., 1989). Для оцінки ступеня резорбції альвеолярного відростка нижньої щелепи визначали коефіцієнт оголення коренів молярів (Николаева А.В. и др., 1965).

Гістохімічні дослідження виконані сумісно з професором Дєдух Н.В. (гістологічна лабораторія Інституту патології хребта та суглобів ім. М.І. Сітенка (м. Харків)). Для дослідження у тварин виділяли альвеолярну кістку нижніх щелеп, стегнову кістку та тіла хребців L4-L5. Мікроскопічний аналіз матеріалу та фотографування проводили під мікроскопом CarlZeiss за допомогою цифрової камери Canon.

Статистичну обробку результатів проводили за допомогою Excel 97 – додатка до пакету програм MicrosoftOffice 97 з використанням параметричних та непараметричних критеріїв оцінки розбіжності між вибірками.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Нами встановлено, що за умов ЕС в кістковій тканині нижньої щелепи концентрація N-ацетилнейрамінової кислоти підвищилась в 1,2 рази у тварин обох статей порівняно з контролем (табл. 1). У самців спостерігалось також підвищення в 1,3 рази NANAв тканині стегнової кістки (див. табл. 1). Такий характер змін свідчить про підвищену деградацію глікопротеїнів КТ за умов ЕС. Недостатність гонад призвела до достовірних змін показника тільки в КТ стегна у самців.

Таблиця 1

Концентрація N -ацетилнейрамінової кислоти в кістковій тканині

різних відділів скелету за умов емоційного стресу та поєднаної дії

емоційного стресу та недостатності гонад у щурів обох статей ( M+ m)

Примітка. *- Р_1-2 <0,05; ^ - P_1-3 <0,05;

** - Р_1-4 <0,05; # - P_1-4 <0,01.

Поєднаний вплив ЕС та НГ призвів до максимального підвищення рівня N-ацетилнейрамінової кислоти в КТ нижньої щелепи та стегнової кістки щурів обох статей: в 1,3 рази в КТ нижньої щелепи у самців, в 1,7 рази - у самок; в тканині стегнової кістки – в 1,4 рази у щурів обох статей (див. табл. 1). Отже, поєднана дія вказаних патогенних факторів підсилює катаболізм органічного матриксу КТ у тварин обох статей порівняно з їх парціальною дією. Результати наших досліджень свідчать про те, що рівень фукози достовірно не змінювався внаслідок парціальної дії ЕС та НГ у тварин обох статей. Тільки поєднана дія ЕС та тестектомії призвела до достовірного підвищення рівня фукози в КТ самців порівняно з інтактними (1,37+ 0,08 та 1,72+ 0,06; Р<0,05).

Одержані нами дані підтверджують відомості про те, що в КТ вміст глікопротеїнів, до складу яких входить фукоза, незначний. Крім цього є підстави стверджувати, що визначення концентрації NANA в КТ може бути більш інформативним показником для оцінки метаболізму глікопротеїнів, ніж визначення вмісту фукози. Відомо, що NANA займає кінцеве положення в олігосахаридному ланцюзі глікопротеїнів, і, можливо, саме тому останні являються більш вразливими до дії патогенних впливів.

Ступінь катаболізму протеогліканів оцінювали за концентрацією сумарного рівня гексуронових кислот в КТ різних відділів скелету (табл. 2).

Таблиця 2

Концентрація гексуронових кислот в кістковій тканині різних відділів скелету за умов емоційного стресу та поєднаної дії емоційного стресу та недостатності гонад у щурів обох статей ( M+ m)

Примітка. *- Р_1-2 <0,05; ^ - Р_1-3 <0,05;

** - Р_1-4 <0,05.

За умов ЕС концентрація гексуронових кислот достовірно збільшилась в 1,5 рази у самців і в 1,3 рази у самок (табл. 2) порівняно з інтактними тваринами тільки в КТ нижньої щелепи. Дані табл. 2 свідчать про те, що тестектомія не призвела до достовірних змін концентрації гексуронових кислот в КТ різних відділів скелету, на відміну від оваріоектомії, яка викликала підвищення в 1,3 рази вмісту гексуронових кислот в КТ нижньої щелепи порівняно з інтактними щурами (див. табл. 2). Групи щурів обох статей з поєднаною дією ЕС та НГ характеризуються достовірним підвищенням в 1,9 рази рівня гексуронових кислот у самців і в 1,5 рази у самок в КТ нижньої щелепи порівняно з


8-09-2015, 22:48