Delist.ru

Индивидуальные особенности кинетики остеотропных веществ (30.11.2007)

Автор: Стариченко Вера Ивановна

Отмена монофагии-2 0,50 ± 0,02 0,42 ± 0,01

Примечание: 1) Через 1 сут после введения 90Sr возраст животных составляет 8 недель, через 21 сут – 11 недель.

*Различия между опытной и соответствующей контрольной группой значимы на уровне p<0,05 (по критерию Манна-Уитни).

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).

Рис. 10. Сравнительное изменение концентрации 90Sr и коэффициента озоления бедренных костей у мышей линии CBA (обозначения групп те же, что на рис. 9).

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. Б?льшая 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).

Рис. 11. Схема распределения тетрациклина и 90Sr в резце нижней челюсти крысы. А – продольный шлиф (белые линии – тетрациклин), Б – схема поперечного шлифа (слева) и диаграмма содержания радионуклида (справа).

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 (Grueneberg 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; Grueneberg 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 бoльшей 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.

Таким образом, в генезе изменчивости альтернативных неметрических признаков скелета, использованных в качестве индикаторов МФФ обмена остеотропных веществ, ведущая роль принадлежит генотипу, в то время как действие факторов внешней среды проявляется в значительно меньшей степени. Морфометрические характеристики, по сравнению с неметрическими, менее устойчивы. Не получено данных о каких-либо различиях или тенденциях линейных мышей в качественных реакциях на однотипные воздействия.

Однако, межлинейные сравнения, хорошо зарекомендовавшие себя в отношении качественных признаков, для количественных характеристик часто дают неудовлетворительные результаты, в частности, не позволяют обнаружить межлинейные различия депонирования радионуклидов (Шведов В.Л., 1965). Классическим подходом к оценке наследственной компоненты изменчивости количественных признаков является семейный анализ (Фогель Ф., Мотульски А., 1989-90). Сходство между генетически близкими индивидами обычно выражают и измеряют с помощью коэффициента корреляции (R).

Так как в предыдущих экспериментах содержание животных было посемейным (самка и ее потомство), можно было оценить наследственную (линейную и семейную) компоненту изменчивости количественных показателей. Анализировали массу тела и массу отдельных костей, различающихся типом строения (бедренная и лопатка). Анализ проводили при контроле эффектов экзогенных воздействий, половой и линейной (при наличии нескольких линий) принадлежности животных, а также величины помета в семье.

Результаты дисперсионного анализа данных одного из проведенных экспериментов представлены в табл. 3. Влияние фактора «воздействие» (группа) связано с различиями условий развития экспериментальных животных. Значимые эффекты фактора «пол» являются отражением полового диморфизма. Влияние ковариаты «величина помета» обусловлено тем, что при многоплодной беременности массовые показатели детенышей ниже, чем при беременности малым числом плодов (обзор Мина М.В., Клевезаль Г.А., 1976). Однако эффект этого фактора выявлен не во всех случаях. Это может быть связано с неточным установлением величины помета из-за инфантицида детенышей самками, беременность которых протекала в условиях несбалансированной диеты. Эффект семейной принадлежности животных (фактор «семья») значим (p<0,0001) для всех показателей, внутрисемейная корреляция составляет для разных вариантов экспериментов 0,432-0,657. Характерно, что величина коэффициента корреляции мало зависит от того, проводили исследование на одной или нескольких линиях животных, от количества экспериментальных групп и характера экзогенных воздействий. При этом компонента дисперсии, обусловленная семейным фактором, значительно больше эффекта линейной принадлежности животных и составляет 60-80% общей наследственной компоненты изменчивости, складывающейся из эффектов факторов «семья» и «линия». В некоторых случаях компонента изменчивости, зависящая от фактора «линия», незначима или отсутствует вовсе.

Таблица 3

Коэффициент внутрисемейной и внутрилинейной корреляции массовых характеристик одновозрастных мышей линий BALB/c и CBA под влиянием овсяной монофагии, примененной в разные периоды онтогенеза (n = 579, количество семей = 82)

Источник дисперсии Эффект Остаток F p? R ?

тип df MS df MS

Масса тела

Величина помета Фиксир. 1 76,76 40,20 15,47 4,96 0,0316 – –

Воздействие* Фиксир. 5 2195,01 72,61 14,07 156,00 0,0001 – –

Пол Фиксир. 1 84,90 180,85 3,16 26,84 0,0001 – –

Линия Случайн. 1 17,20 71,59 14,06 1,22 0,2725 0,004 –

Семья Случайн. 74 12,26 488,00 1,42 8,66 0,0001 0,527 0,531

Масса бедренной кости

Величина помета Фиксир. 1 7076,23 4,40 691,00 10,24 0,0288 – –

Воздействие Фиксир. 5 32731,3 49,46 407,94 80,24 0,0001 – –

Пол Фиксир. 1 427,04 178,32 84,91 5,03 0,0262 – –

Линия Случайн. 1 3090,87 71,62 375,22 8,24 0,0054 0,123 –

загрузка...