ИЗМЕНЕНИЕ РОСТА СОСУДОВ В ГОЛОВКЕ БЕДРА
advertisement
ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2006, ¹ 4 (50) УДК 611.717/718.06:615.849.19:599.323.4 Ï.Ô. Ïåðåñëûöêèõ, Í.È. Àðñåíòüåâà, Â.Í. Ôåä÷èøèí ИЗМЕНЕНИЕ РОСТА СОСУДОВ В ГОЛОВКЕ БЕДРА ЗОЛОТИСТЫХ ХОМЯЧКОВ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ОБЛУЧЕНИИ ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН (Иркутск) Данная работа посвящена изучению роли кровоснабжения, как одного из ведущих факторов в своевре менном формировании костной ткани проксимального эпифиза бедренной кости растущих хомячков. Было установлено, что при увеличении частоты лазерного излучения, но сохранении одной и той же экспозиции облучения тазобедренного сустава, рост внутрикостных сосудов из диафиза в про ксимальный эпифиз бедренной кости замедляется, что приводит к более позднему появлению в го ловке бедра костного ядра. Ключевые слова: головка бедра, лазерное облучение, остеогенез CHANGES OF VESSELS GROWTH IN FEMORAL HEAD OF GOLDEN HAMSTERS AT LASER ILLUMINATION P.F. Pereslitskikh, N.I. Arsentyeva, V.N. Fedchishin SC RRS ESSC SB RAMS, Irkutsk The article is devoted to the study of blood supply as one of the leading factors in timely formation of bone tissue of proximal epiphysis of growing hamsters. It was established that when frequency of laser emission is growing and exposition of illumination of hip joint remains the same, growth of intraosseous vessels from diaphysis to proximal epiphysis of femoral bone slow down; it brings to later appearance of bone nucleus in femoral head. Keywords: femoral head, laser illumination, osteogenesis Известно, что рост диафиза длинных костей происходит за счет пролиферации клеток зон ро стковой пластинки. Увеличению всей кости в дли ну способствуют и эпифизы, за счет интерстици ального роста их хряща с последующим форми рованием зон роста возле образующегося кост ного ядра. Этому предшествует рост сосудов из разных мест проксимального конца бедренной кости, в том числе и из круглой связки головки. Можно полагать, что одним из факторов, опре деляющим замедление роста костной ткани эпи физов является недостаток питания за счет пато логического нарушения кровоснабжения еще во внутриутробном периоде развития особи. В ряде работ установлено уменьшение размеров кост ных ядер в диафизе и эпифизах костей плодов и новорожденных при облучении беременных крыс инфракрасными лазерными лучами [1, 3]. Однако динамику состояния костного ядра, на пример, в головке бедренной кости при воздей ствии лазерного излучения на беременную мат ку мелких грызунов оценить невозможно, так как у крысят костные ядра в эпифизах появляются после рождения животных: у белых крысят – в середине третьего месяца после рождения, у зо лотистых хомячков – в конце первого месяца после рождения. Поэтому объективно те или иные изменения в костном ядре головки бедра можно получить только после рождения этих животных. Тем более это касается случаев полу чения изолированных изменений только в кост ном ядре головки бедренной кости. 336 Установить зависимость развития объема ко стного ядра от воздействия лазерного излучения важно для объективного выявления функциональ ных связей между состоянием тканевых каналов, затем появлением сосудов в головке бедра и пос ледующим формированием в ней костного ядра. Это позволит определить возможность управле ния процессами непрямого остеогенеза, что необ ходимо для профилактики и лечения заболеваний костей, связанных с недостаточным развитием вышеуказанных элементов микроциркуляции. Одновременно с этим будет показана возмож ность влияния индивидуального нарушения фун кций сосудов на динамику формирования костно го ядра эпифиза бедренной кости. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Работа проведена на 80 золотистых хомячках, у части которых (58 шт.) в возрасте 14 дней после рождения использовано облучение правого тазо бедренного сустава монохроматическими преры вистыми инфракрасными лазерными лучами, ис пускаемых лазерным аппаратом типа «Agnis» в течение 1–8 мин. Диаметр головки бедренной кости в этом возрасте составляет около 1,5 мм. Диаметр световода равен 9 мм, что позволяет при облучении осуществлять воздействие на все сосу ды, расположенные в области тазобедренного су става. В этом возрасте животных сосуды еще не проникли из зоны диафиза в эпифиз, то есть в го ловку бедренной кости, также как и со стороны круглой связки головки. Таким образом, в этот Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ â ìåäèöèíå è áèîëîãèè ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2006, ¹ 4 (50) срок жизни животных возможно начинать задер жку роста сосудов, которые у хомячков в возрас те 25 дней пройдут вдоль наружной поверхности ростковой пластинки к ее центру и здесь сформи руют сеть капилляров для образования костного ядра. Указанный диаметр лазерного стержня по зволяет обеспечить облучение тазобедренного су става в течение всего периода роста диаметра го ловки и впадины, так как их величина по оконча нии роста особи составляет 3,5 мм. Мощность ла зерного излучения на выходе составила 2 мВТ. Количество использованных животных, время облучения и частота следования импульсов, коли чество сеансов в каждой группе животных приво дится в таблице 1. Количество сеансов на одного хомячка при его выведении из опыта составило от 1 до 16, а возраст животных равнялся от 15 до 70 дней. Эвтаназия животных осуществлялась парами эфира. После этого вычленяли тазовый пояс и помещали его в 10% раствор нейтрального формалина на 7 дней, после чего осуществляли их декальцинацию, обезвожи вание и заливку в целлоидин. Продольные срезы препаратов окрашивали гематоксилинэозином и заключали в канадский бальзам. Изучение срезов осуществляли с помощью светового микроскопа с микронасадкой при увеличении об.8, ок.15. Морфологическая картина головки бедра контрольной группы хомячков, включающей 22 животных У новорожденного хомячка длина бедра соста вила 6 мм. Его головка представлена мелкими хон дроцитами и лежит на ростковой пластинке, вклю чающей спокойную, столбчатую и пузырчатую зоны. Далее следует зона минерализации, где пу зырчатые клетки подвержены апоптозу и замеще нию костными балочками. Пластинка роста лежит на субхондральной пластинке из костной ткани, по строению адекватной губчатой костной ткани. В ее ячейках лежит кроветворный костный мозг. Сосудов, выходящих из губчатой костной ткани и покрывающей ее надкостницу не выявлено. Но среди клеток костного мозга видны капилляры, прилежащие к хрящевым клеткам. Через 3 дня после рождения отмечено увели чение размеров головки и ростковой пластинки. В хрящевой ткани проксимального эпифиза бед ренной кости наличия сосудов не выявлено. В то же время в подвздошной кости недалеко от внут ренней пластинки роста отмечено врастание со судистого клубочка диаметром до 200 мкм, идуще го из мягких тканей в толщу кости. На 7 день рождения отмечено дальнейшее уве личение размеров бедренной и тазовой костей. В зоне головки бедра и ростковой пластинки нали чия сосудов не выявлено. Спустя 2 недели после рождения длина бедрен ной кости равна 12 мм. Врастания сосудов в рост ковую пластинку и головку бедра из окружающих тканей не выявлено. Через 15 дней после рождения в одном слу чае из трех на продольном срезе бедренной кос ти выявлен рост сосудистой почки с наружной стороны кортикальной пластинки. Сосудистая почка идет выше конца кортикальной пластинки, огибает наружную поверхность ростковой плас тинки и внедряется в хрящевую ткань головки на расстоянии 80 мкм от поверхности суставного хряща. На 16 день на срезе проксимального конца бед ренной кости в 3 случаях выявлена сосудистая поч ка диаметром 300 мкм, расположенная на рассто янии 100 мкм от боковой поверхности головки, при ее ширине 1,7 мм. Сосудистая почка внедри лась в толщу головки на расстояние 400 мкм. Таким образом, установлено, что врастание сосудов из диафизарной части бедренной кости в ее эпифизарный отдел осуществляется через 2 недели после рождения хомячков. Указанные сро ки служат ориентиром для начала воздействия на сосуды, чтобы замедлить их прорастание из диа физа в эпифиз. Несомненно, что для более эффек тивной задержки роста сосудов использование ингибирующих рост сосудов факторов можно на чинать и в более ранние периоды после рождения особей. В наших исследованиях облучение лазе ром тазобедренных суставов начинали через 14 дней после рождения животных. С 17 по 27 день после рождения на срезах от мечено прохождение сосудистых ветвей от наруж ной поверхности ростковой пластинки к центру головки бедра. При этом сосуды идут вдоль верх ней поверхности ростковой пластинки и входят в основание головки на расстоянии 80–100 мкм от поверхности суставного хряща. На 28–30 день отмечено начало формирова ния тонких костных балочек в области микроцир куляторной сети, расположенной в головке бедра, то есть начинается формирование костного ядра в проксимальном эпифизе бедренной кости. Спустя 5–6 недель костное ядро занимает по чти всю поверхность продольного среза головки бедра, за исключением краевой зоны, где распо ложен суставной хрящ толщиной до 200 мкм. Та б л и ц а 1 Основные количественные данные проведенного эксперимента Количество животных 5 5 6 7 19 5 5 4 2 Время облучения, мин. 1 2 4 6 1 2 4 6 8 6–16 6–16 6–16 6–16 1–16 11–16 11–16 11–16 16 Количество сеансов Частота, Гц 250 Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ â ìåäèöèíå è áèîëîãèè 2500 337 ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2006, ¹ 4 (50) Морфологическая картина головки бедра хо мяков, подвергнутых лазерному облучению при колебании 250 Гц При облучении хомячков через 14 дней после рождения в течение 6 дней при длительности од нодневного сеанса в 1 мин. макроскопическое изу чение проксимальных концов бедренных костей с помощью лупы и мощного света наличия сосу дов в хрящевой ткани не выявлено. При микроскопическом изучении продольных срезов костей роста сосудов из окружающих го ловку тканей через 6 сеансов облучения в течение 1 мин. тазобедренного сустава не установлено. Через 11 сеансов облучения макро и микро скопически выявлено наличие сосудистых почек толщиной до 90 мкм, идущих от концов кортикаль ной пластинки, проходящих по боковой поверхно сти ростковой пластинки и слегка надвигающих ся по верхней поверхности пластинки роста на хрящ в центральной зоне головки. После 13 сеансов облучения толщина сосуди стых ветвей составляет 120 мкм и они идут вдоль верхней поверхности ростковой пластинки, не доходя до ее центра. Через 16 дней облучения, то есть в возрасте хомячков 30 дней, в опытной и контрольной голов ках бедренных костей макро и микроскопически отмечено формирование костной ткани почти вдоль всей поверхности ростковой пластинки, за исключением суставного хряща. Через 10 дней после окончания облучения у 40 дневных хомячков головки бедренных костей представлены костной тканью, покрытой сустав ным хрящом. При этом в опытной головке толщи на суставного хряща на 20–30 мкм больше, чем в контрольной головке. При лазерном облучении головок в течение 2 мин. картина прорастания сосудистых ветвей из диафиза в головку бедра аналогична таковой при облучении в течение 1 мин. Можно лишь отметить более плотное расположение костных балочек в костном ядре бедренной кости у 40дневных хо мячков. При длительности лазерного облучения до 4 мин. отмечено отсутствие сосудов в опытной го ловке у хомячков в возрасте 27 суток и появление сосудистых почек к 30 дню животных после рож дения. В контрольной головке на 30 день отмече но наличие костной ткани в хрящевой головке бед ренной кости. При длительности лазерного облучения в 6 мин. наличие сосудов в области ростковой плас тинки определено лишь у 30дневного животного. Таким образом, можно отметить, что при час тоте лазерного излучения в 250 Гц и длительности сеансов в 1 и 2 мин. формирование сосудов и кос тных ядер в опытных и контрольных головках бед ренных костей протекает практически одинаково. При длительности облучения в 4 и 6 мин. от мечено угнетение роста сосудов, идущих со сто роны диафиза в эпифиз, что сопровождается в последующем задержкой формирования костно 338 го ядра. В то же время после прекращения облу чения костное ядро интенсивно развивается и при ближается по объему к величине контрольной го ловки, а также костному ядру головок животных контрольной группы особей. Морфологическая картина головок бедра у хомячков, подвергнутых лазерному излучению при колебании 2500 Гц При длительности сеансов в 1 мин. отмечено, что после облучения головок в течение 6 дней по явления сосудов в них не определялось. Через 7 сеансов, то есть на 21 день жизни особи, отмечено появление сосудистых почек у концов кортикаль ной пластинки и приближающихся к ростковой пластинке: в опытной кости толщина сосуда рав на 180 мкм, в контрольной – 650 мкм. Ширина основания головок составила 2550 мкм. После 16 сеансов облучения на продольных срезах отмечено появление сосудов. В области опытной головки площадь сосудистой почки име ла диаметр 100 мкм и она располагалась на повер хности ростковой пластинки, на расстоянии 200 мкм от суставной поверхности головки. В кон трольной головке сосудистое пятно имело площадь 400 × 200 мкм, а ее ножка шла вдоль наружного края ростковой пластинки и имела толщину 90 мкм и на столько же она располагалась от поверхнос ти головки. Однако через 5 дней после прекращения об лучения при микроскопическом изучении срезов в головках опытных костей отмечено появление костных балочек и формирование в последующем костного ядра, приближающегося по строению к таковому контрольной головки бедренной кости. При длительности лазерного облучения в 2 мин. появление сосудов выявлено макро и мик роскопически в течение 20–27 дней. В то же вре мя по истечении 30 дней (14 дней до облучения и 16 ежедневных сеансов облучения) в головках бед ренных костей отмечено формирование сосудис тых пятен: в опытной – площадью 0,4 × 0,8 мм, в контрольной – 0,5–0,9 мм. Через 6 дней после прекращения облучения отмечено активное фор мирование костных балочек в головках, но пло щадь хрящевой ткани в опытных головках была больше, чем в контрольных. При длительности облучения в 4 мин. появле ние сосудистых почек в опытных головках отме чено в начале 4 недели после рождения. Но и на 30 день жизни сосуды в опытной головке остаются у концов ростковой пластинки и незначительно вда ются в хрящевую ткань головки выше поверхнос ти ростковой пластинки. Однако после прекраще ния облучения сосуды быстро проникают в толщу хряща головки и через 6 дней в ней микроскопи чески выявляется сеть костных балочек, а через 10 дней в головке видно костное ядро с плотно упа кованными костными балочками. При длительности сеансов облучения до 6 мин. наличие сосудистых почек отмечено лишь к 30 дню жизни животных, при этом они расположены у ростковых пластинок и слегка возвышаются над Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ â ìåäèöèíå è áèîëîãèè ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2006, ¹ 4 (50) их поверхностью. Диаметр сосудистой почки в области опытной головки равен 400 мкм, в конт рольной – 600 мкм. Формирования костной тка ни в этот срок в опытной головке не отмечено. Но через 5 дней после окончания облучения в голов ках отмечено наличие костных ядер площадью 0,6 × 1,6 мм в опытной головке, в контрольной – площадью 0,8 × 1,8 мм. У двух животных длительность облучения со ставила 8 мин. После 16 сеансов одно из них на блюдалось еще в течение 20 дней, а другое – в течение 40 суток. При микроскопическом изуче нии срезов головок было отмечено, что в первом случае костные ядра были в обеих головках, но в опытной оно окружено хрящевой тканью боль шей толщины, чем в контрольной головке. Во вто ром случае площадь костной ткани в головках была примерно одинаковой, но в опытной голов ке редукция ростковой пластинки протекала бо лее медленно, чем в контрольной. Это выража лось в большей толщине и длине отрезка ростко вой пластинки в опытной головке у второго жи вотного. Анализ сравнения картины и динамики фор мирования сосудистых образований при росте бедренных костей без и при их лазерном облуче нии разной частотой позволяет сделать заключе ние о том, что у контрольных животных наличие сосудистых образований в виде тонких сосудис тых ветвей в области ростковой пластинки отме чено на 15–16 дни после рождения хомячков. В последующие 12–13 дней отмечено прорастание их в толщу головки, где они образуют обширные микроциркуляторные сети. В период 28–30 дней жизни особей в проксимальном эпифизе бедрен ных костей формируется костное ядро. При частоте лазерного излучения в 250 Гц и дли тельности сеанса облучения тазобедренного суста ва в 1 и 2 мин. развитие сосудистых образований протекает почти аналогично контрольной группе животных. При экспозиции облучения в 4 и 6 мин. отмечается угнетение роста сосудистых образова ний и замедление формирования костного ядра. При частоте лазерного излучения 2500 Гц со судистые почки появляются в области ростковых пластинок еще позже, то есть на 21 день после рож дения. В последующем они прорастают до хряще вой ткани головки в области ростковых пластинок, но и на 30 день после рождения в головках не от мечено формирования костного ядра. При отмене облучения формирование костно го ядра в головках отмечено во всех группах в те чение недели, то есть на 5 неделе после рождения животных. В некоторых случаях отсутствие сосудистых образований в виде тонких сосудистых ветвей или мелких почек может быть связано с особенностью их анатомического расположения или техничес ких погрешностей при изготовлении срезов, ког да сосуды не попадают в плоскость среза. В дру гих случаях их отсутствие или одинаковая площадь в опытной и контрольной головках связана с со дружественной реакцией контрольной кости, на которой сказывается влияние лазерного облуче ния, проводимого на опытной кости, что отмече но ранее в работах некоторых авторов [2]. Это можно связать и с тем, что тазобедренные суста вы в течение первого месяца жизни расположены очень близко относительно друг друга. ЛИТЕРАТУРА 1. Бандажевский Ю.И. Формирование кост ной системы зародышей белых крыс при воздей ствии лазерного излучения / Ю.И. Бандажевский, Ю.М. Емельянчик // Новости спортивной и меди цинской антропологии: Ежеквартальный научно информационный сборник. – М.: Научноинфор мационный кооператив «Спортинформ», 1990. – Вып. 2. – С. 156–157. 2. Возможности низкоинтенсивной лазерной терапии атеросклеротических поражений сердеч нососудистой системы / А.Ф. Цыб, М.А. Каплан, Н.П. Ткаченко и др. // Вестник Российской Ака демии медицинских наук. – 2003. – № 12. – С. 45–52. 3. Емельянчик Ю.М. Влияние инфракрасного импульсного лазерного излучения на ранние эта пы эмбриогенеза и формирования костного ске лета крыс в эмбриональном периоде: Автореф. дис. … канд. мед. наук. – Тюмень, 1991. – 17 с. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ â ìåäèöèíå è áèîëîãèè 339
