CC BY
47
рованных по возрасту (табл. 3). Среди 17-летних не было зарегистрировано девушек с появлением менархе в 15 лет и старше.
Из таблицы 3 видно, что статистически значимые различия у девушек с менархе до 14 лет и с 15 лет в обеих возрастных группах выявлены по содержанию костного минерала. Статистически значимые различия по минеральной плотности костной ткани отмечаются у 15-летних девушек. У 16-летних девушек выявлены ста-
ЛИТЕРАТУРА
1. Пискорская В.М., Бижанова Д.А., Дядик Т.Г. Денситометрия в диагностике состояния костной системы у девочек-подростков с различными вариантами дисге-незии гонад // Педиатрия. — 2007. — № 5. — С.55-57.
2. Подростковая медицина / Под ред. Л.И. Левиной. — СПб.: Питер 2006. - 544 с.
3. Chevalley T., Rizzoli R., Hans D, et al. Interaction between calcium intake and menarcheal age on bone mass gain: an eight-year follow-up study from prepuberty to menarche // J. CTm. Endocrinol. Metab. - 2005. - Vol. 90, № 1. - P.44-51.
4. Cole T.J., Bellizzi M. C, Dietz K.M. Establishing a standard definition for child overweight and obesity worldwide: international survey // BMJ. - 2000. - Vol. 320. - Р.1-6.
5. Eastell R. Role of oestrogen in the regulation of bone turnover at the menarche // J. Endocrinol. - 2005. - Vol. 185, № 2. - Р.223-234.
тистически значимые различия по росту и весу.
Таким образом, в результате проведенного исследования была выявлена положительная корреляция содержания костного минерала в поясничном отделе позвоночника (Ь2-Ь4) у девушек с ростом, весом, размахом рук. У девушек с началом менструаций с 15 лет и старше наблюдается снижение показателей минерализации костной ткани в поясничном отделе позвоночника (Ь2-Ь4).
6. Gilsans V.D., Gibbens T. Vertebral bone density in children: effect of puberty // Radiology. — 1988. — Vol. 166. — P.847-850.
7. Magarey A.M., Boulton T.J, Chatterton B.E., et al. Bone growth from 11 to 17 years: relationship to growth, gender and changes with pubertal status including timing of menarche //Acta Paediatr. — 1999. — Vol. 88, № 2. — P139-146.
8. Marshall W.A., Tanner J. Sex differences at puberty // J. Biosoc. Sci. Suppl. - 1970. - Vol. 2. - P.31-41.
9. Putukian M. The female triad eating disorders, amenorrhea and osteoporosis // Med. Clin. North Am. — 1994. — № 78.
- P.345-356.
10. Van Coverden S.C., De Ridder C.M., Roos J.C. Pubertal maturation characteristics and the rate of bone mass development longitudinally toward menarche // J. Bone Miner. Res.
- 2001. - Vol. 16, № 4. - P774-781.
Адрес для переписки:
664079, г. Иркутск, м-н Юбилейный, д.100, Дац Людмила Сергеевна - ассистент кафедры семейной медицины Иркутского института усовершенствования врачей, E-mail [email protected]. т. 553350
© ШАЛИНА Т.И., ВАСИЛЬЕВА Л.С. - 2009
ВЛИЯНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ФТОРА НА МОРФОГЕНЕЗ БЕДРЕННЫХ КОСТЕЙ ПЛОДОВ ЧЕЛОВЕКА
Т.И. Шалина, Л.С.Васильева
(Иркутский государственный медицинский университет, ректор — д.м.н., проф. И.В. Малов, кафедра анатомии человека, зав. — к.м.н., доцент Т.И. Шалина, кафедра гистологии, зав. — д.м.н., проф. Л.С. Васильева)
Резюме. Изучено развитие бедренных костей у плодов человека 15-29 недель гестации в условиях интенсивного загрязнения внешней среды соединениями фтора. Установлено, что в формирующихся костях плода усиливаются процессы остеорезорбции, что приводит к нарушению морфогенеза бедренных костей.
Ключевые слова: фториды, морфогенез костей, эмбриональный остеогенез.
THE INFLUENCE OF FLUORIDE ON THE FEMORAL BONES MORPHOGENESIS OF
THE HUMAN FETUS
T.I. Shalina, L.S. Vasilyeva (Irkutsk State Medical University)
Summary. The development of the femoral bones in human fetus at 15-29 weeks of gestation was studied in conditions of intensive pollution of environment by fluoride combinations. The processes of osteoresorption were established to be increasing in the forming bones of fetus that leads to morphogenesis damage of femoral bones.
Key words: fluoride, bone, morphogenesis, embryonic osteogenesis.
Иркутская область по-прежнему остается одним из регионов России с наиболее неблагоприятной экологической обстановкой. Одним из основных источников загрязнения внешней среды является Иркутский алюминиевый завод «ИркАЗ-СУАЛ», расположенный в 20 км от г. Иркутска и в 1,7 км от г. Шелехова. По данным ежегодных Государственных докладов «О состоянии здоровья населения и деятельности учреждений здравоохранения Иркутской области», в последние годы происходит увеличение выбросов этим заводом соединений фтора, что связано с наращиванием мощностей производства алюминия и снижением эффективности улавливания фторидов газоочистным оборудованием
[2]. Влияние хронического воздействия фторидов на костную ткань изучено достаточно подробно, но лишь в постнатальном онтогенезе [1,3,4,5,6]. В связи с этим, в настоящем исследовании было изучен остеогенез бедренной кости у плодов в г. Иркутске и г. Шелехове.
Материалы и метода Гистологическое исследование бедренных костей осуществлялось у 35 плодов в г. Иркутске и 35 плодов в г. Шелехове, полученных в акушерско-гинекологической клинике после медицинских абортов и выкидышей. Материал был распределен по срокам эмбрионального развития
— от 15 до 29 недель гестации, которые определялись по теменно-копчиковой длине. На гистологических срезах подсчитывали количество сосудов в эпифизе, измеряли (в мкм) толщину пузырчатого и столбчатого хряща, длину
энхондральных балок, толщину сросшихся со стенкой ди-афиза энхондральных балок, толщину стенки диафиза, ее костных балок, а также костной ткани, нарастающей на эпифиз. Полученные данные обработаны статистически с использованием 1-критерия Стьюдента при р<0,05 и методом корреляций с учетом коэффициента корреляции >0,5, результаты представлены в таблице 1.
Результаты и обсуждение В г. Иркутске у плодов 15-16 недель в хрящевом зачатке бедренной кости диафизарная часть окружена перихондральной костной манжеткой, в которой толщина костных балок в среднем составляет 80,6+7,1 мкм (табл. 1). Под манжеткой активно идет процесс эндо-хондрального окостенения и формирования костномоз-
Морфометрические показатели бедренных костей у плодов г.
говой полости. В хрящевые эпифизы прорастают кровеносные сосуды (и со стороны надхрящницы, и из полости диафиза), на срезе их количество составляет 24,8+1,3. В метаэпифизарной пластинке роста зона пузырчатого хряща имеет толщину 422,2+17,8 мкм, зона столбчатого хряща — 700+94,4 мкм, в линии окостенения длина костных балок в среднем 3925+181 мкм. На стадии 18-20 недель эмбриогенеза в перихондральной костной манжетке увеличивается на 20% толщина костных балок. В 1,5 раза увеличивается количество сосудов в эпифизарном хряще. Метаэпифизарная пластинка роста проявляет тенденцию к увеличению по толщине. Энхондральные костные балки утолщаются, увеличивается и толщина участков их срастания с перихонд-ральной манжеткой. У плода 22-25 недель в хрящевом эпифизе бедренных костей еще больше возрастает количество сосудов. Несмотря на усиление кровоснабжения эпифиза, в метаэпифизарной пластинке роста
уменьшается толщина зоны столбчатого хряща, что свидетельствует о замедлении роста кости в длину. Кроме того, в линии энхондрального окостенения увеличивается длина энхондральных костных балок, что косвенно может указывать на преобладание процессов остеосинтеза над процессами остеорезорбции. В период с 27 по 29 неделю гестации в бедренной кости плода остаются на прежнем уровне количество сосудов в хрящевом эпифизе, активность нарастания костной ткани на эпифиз, а также толщина зон пузырчатого и столбчатого хряща в метаэпифизарной пластинке роста. Вместе с тем, существенно увеличивается длина энхондраль-
ных костных балок, а также толщина участков их срастания со стенкой диафиза. Параллельно увеличивается толщина пери-хондральной манжетки и костных балок в ней, которые начинают формировать Гаверсовы системы. Из этих данных следует, что, начиная с 22 недели эмбриогенеза, рост бедренной кости в длину замедляется, а в толщину — активизируется.
Анализ корреляционных связей между измеряемыми параметрами показал, что у плодов г. Иркутска преобладают положительные взаимосвязи (рис. 1). При этом количество сосудов в хрящевых эпифизах положительно взаимосвязано со всеми показателями, кроме толщины зон пузырчатого и столбчатого хряща. Иными словами, чем больше сосудов прорастает в эпифиз, тем больше становится толщина стенки диафиза и тем медленнее идет резорбция энхондральной кости. В свою очередь, толщина пузырчатого хряща связана обратной корреляцией с длиной энхондральных балок (чем активнее надстраиваются энхондральные балки, тем тоньше зона пузырчатого хряща), а толщина столбчатого хряща прямо зависит от активности аппозиционного роста стенки диафиза и ее нарастания на эпифизы. Таким образом, в г. Иркутске функциональная система, обеспечивающая рост кости, хорошо сбалансирована и устойчива. В ее регуляции главную роль играет кровоснабжение.
В г. Шелехове у плода 15-16 недель в бедренной кости все измеряемые параметры, кроме толщины стенки диафиза и костной ткани, нарастающей на эпифиз, оказались меньше, чем в г. Иркутске (табл. 1). В част-
Таблица 1
Иркутска и г. Шелехова (мкм)
Показатели Сроки эмбрионального развития плода, неделя
15-16 18-20 22-25 27-29
г. Иркутск
Кол-во сосудов в эпифизе (шт) 24,8+1,3* 34,8+0,95* 40,7+1,85* 42,7+2,8*
Толщина пузыр.хряща 422,2+17,8* 473,3+31,7* 438+18,8* 411,1+15,3*
Толщина столб. хряща 700+94,4* 933,3+81,1* 786+35,5* 777,8+35,4*
Длина энхондр. балок 3925+181* 4567+311,6* 5580+312* 7911+323,4*
Толщ. нарастающей на эпифиз кост.ткани 11,1+1,5 12+1* 12,4+1,1* 12+1,3*
Толщ. сросшихся со стенкой диафиза энхондр.балок 112,9+5,7* 152,7+8,1* 150,2+9* 209,3+8,3*
Толщ. стенки диафиза 292,4+18 450+23,5* 525,5+64* 953,3+71,3*
Толщина кост. балок стенки диафиза 80,6+7,1* 107+4,4* 92,4+11,2* 129,5+5,4*
Кол-во наблюдений 9 6 11 9
г. Шелехов
Кол-во сосудов в эпифизе (шт) 8,3+4,4* 27,9+3,1* 30+1,8* 30,6+3,8*
Толщина пузыр. хряща 216+33,2* 88,3+8,2* 93,7+15,6* 77,5+7*
Толщина столб. хряща 330,5+52,3* 150+13,3* 172+13,1* 178,5+15,5*
Длина энхондр. балок 780+156,9* 1343+159,2* 1554+129* 1765+142,9*
Толщ. нарастающей на эпифиз кост. ткани 14,5+1,7 6,7+1* 4,6+0,6* 4+0,00*
Толщ. сросшихся со стенкой диафиза энхондр.балок 38,5+8,5* 28,3+2,9* 41,1+8,9* 41+4,9*
Толщ. стенки диафиза 274,8+25,8 135,3+6,4* 132,6+17,3* 102,5+9*
Толщина кост. балок стенки диафиза 51,5+7* 22,3+1,9* 23,4+2,4* 21,5+2,4*
Кол-во наблюдений 8 12 7 8
Примечание: * - отличие показателя в городах Иркутск и Шелехов, р<0,05.
ности, несмотря на одинаковую толщину стенки диа-физа, толщина ее костных балок оказалась меньше в 1,5 раза. Несмотря на достаточно активное нарастание костной ткани на эпифиз, метаэпифизарная пластинка роста была в 4 раза тоньше, чем в г. Иркутске, при этом зоны пузырчатого и столбчатого хряща были вдвое меньше по толщине, а длина энхондральных балок в линии окостенения — в 5 раз меньше. Количество проросших в эпифиз сосудов было меньше, чем в г. Иркутске, в 3 раза. На стадии 18-20 недель эмбриогенеза в
Энх.балка сросшаяся
Обозначения к рис. 1 и 2: сплошные линии — прямые связи, пунктир — обратные связи.
Рис. 1. Корреляционные взаимосвязи между морфометрическими показателями бедренной кости в период 15-29 недель эмбрионального развития плодов человека г. Иркутска.
бедренной кости толщина перихондральной костной манжетки и ее костных балок уменьшается вдвое и становится меньше, чем в г. Иркутске, в 3 и 5 раз, соответственно. Толщина костной ткани, нарастающей на эпифизы, тоже уменьшается вдвое, параллельно уменьшается более чем в 2 раза и толщина зон пузырчатого и столбчатого хряща, хотя общая толщина метаэпифизар-ной пластинки роста незначительно увеличивается за счет возрастания в 1,7 раза длины энхондральных балок в линии окостенения. Необходимо отметить, что прорастание сосудов в эпифизы бедренных костей в этот срок эмбриогенеза у плодов г. Шелехова существенно активизируется, хотя и незначительно отстает от этого показателя в г. Иркутске. Таким образом, в г. Шеле-хове по сравнению с г. Иркутском, у плодов 18-20 недель значительно отстает рост бедренных костей и в длину, и в толщину. Более того, полученные данные позволяют говорить не только о меньшей активности остеобластов, но и предполагать гиперактивацию процессов резорбции костной ткани у плодов г. Шелехова. Последнее предположение косвенно подтверждается значительно меньшей толщиной (в 4 раза) энхондральных балок, сросшихся с перихондральной костной тканью, у плодов г. Шелехов по сравнению с г. Иркутском. С 22 по 29 недели эмбрионального развития плодов г. Шелехова изучаемые параметры бедренных костей существенно не изменяются и на всем протяжении этого периода отличаются от параметров бедренных костей плодов г. Иркутска меньшими значениями. В частности, толщина стенки диафиза и ее костных балок у плодов г. Шелехова меньше, чем в г. Иркутске, в 4 раза на 22-25 неделе развития и в 6-9 раз — на 27-29 неделе. Толщина костной ткани, нарастающей на эпифизы, меньше в 3 раза, а участки срастания энхондральных кост-
ных балок со стенкой диафиза тоньше в 3,7-5 раз. Из этих данных следует, что в г. Шелехове у плодов 22-29 недель существенно заторможен аппозиционный рост костей в толщину, вероятно, по причине снижения синтетической активности остеобластов и повышения ре-зорбционной активности остеокластов. Количество сосудов, проросших в эпифизарный хрящ, у плодов г. Шелехова меньше на 30-35%. При этом толщина мета-эпифизарной пластинки роста увеличивается очень медленно и только за счет удлинения энхондральных балок в линии окостенения, которые, тем не менее, в 27-29 недель развития остаются в 4,5 раза короче, чем у плодов г. Иркутска. Хрящевые зоны пластинки роста с 22 по 29 неделю развития практически не изменяются, толщина зоны пузырчатого хряща меньше, чем у плодов г. Иркутска, в 5 раз, а зоны столбчатого хряща — в 4,5 раза. Эти данные дают основание говорить о торможении роста костей в эмбриональный период в г. Ше-лехове не только в толщину, но и в длину. Полученные результаты гистологического исследования показали, что в условиях техногенного загрязнения внешней среды фторидами существенно изменяется ход остеогенеза в период эмбрионального развития. Это выражается в повышении резорбирующей функции остеокластов и в торможении синтетической функции остеобластов, а также подавлении размножения столбчатого хряща пластинки роста, что приводит к торможению роста костей и в длину, и в толщину.
Анализ корреляционных связей между изучаемыми параметрами бедренных костей плодов г. Шелехова выявил значительные отличия, по сравнению с г. Иркутском. Особенно обращает внимание изменение направленности с прямой на обратную взаимосвязей меж-
Сосуды
Энх балка сросшаяся
Рис. 2. Корреляционные взаимосвязи между морфометрическими показателями бедренной кости в период 15-29 недель эмбрионального развития плодов человека г. Шелехова.
ду количеством сосудов, проросших в эпифиз, и остальными показателями (рис. 2). Иными словами, в г. Ше-лехове в отличие от г. Иркутска, бедренные кости растут в длину и толщину тем активнее, чем меньше сосудов в эпифизе. Из этого следует, что кровоснабжение и оксигенация тканей растущей кости в г. Шелехове утрачивает в эмбриональный период роль индуктора остеогенеза. Другая отличительная особенность развития бедренных костей у плодов г. Шелехова заключается в изменении направленности с прямой на обратную взаимосвязей между длиной энхондральных балок в линии окостенения и толщиной стенки диафиза и костных
балок в ней. Из этого следует, что активность остеокластов (разрушающих энхондральные балки) и остеобластов (надстраивающих стенку диафиза в толщину) изменяется однонаправлено. При этом толщина стенки диафиза в процессе развития плода не только не увеличивается, но даже уменьшается, следовательно, резор-бционная активность остеокластов выше, чем синтетическая активность остеобластов. Следует отметить, что толщина участков срастания энхондральных балок с перихондральными у плодов г. Шелехова теряет все взаимосвязи с другими параметрами, что говорит в пользу высказанного предположения.
Подводя итог представленным результатам, можно выделить ряд закономерностей эмбрионального развития бедренных костей плода, отличающихся в г. Иркутске и г. Шелехове.
В г. Иркутске, относительно удаленном от источника загрязнения, в плодный период функциональная система, обеспечивающая рост костей, устойчива, процессы остеогенеза и остеорезорбции сбалансированы и характеризуются значительным преобладанием активности остеобластов над активностью остеокластов, что обеспечивает активный рост костей. При этом в процессе роста костей в плодный период выделяются два этапа: 1 — с 15 по 22 неделю бедренные кости более активно растут в длину, 2 — с 22 по 29 неделю рост костей в длину замедляется, а в толщину — активизируется. Ведущим индуктором остеогенеза в г. Иркутске является, по-видимому, кислород, высокая концентрация которого обеспечивается большим количеством прорастающих в эпифиз кровеносных сосудов.
В г. Шелехове, расположенном в непосредственной близости к источнику загрязнения соединениями фтора, функциональная система, обеспечивающая рост костей, тоже устойчива, но отличается от таковой в г. Иркутске заменой основного индуктора остеогенеза —
кислорода — на другие индуктивные влияния, предположительно, костного матрикса и клеток микроокружения. В частности, более высокая плотность и химическая устойчивость откладывающегося в костной ткани фтор-апатита может привести к компенсаторному повышению активности остеокластов, которое, по нашим данным, наблюдается у плодов г. Шелехова. Возможно, по этой же причине, а также в условиях недостаточной концентрации кислорода, снижается активность размножения клеток зоны столбчатого хряща в пластинке роста, дифференцировка остеобластов и их синтетическая активность, что приводит к торможению энхондрального роста костей в длину и аппозиционного роста в толщину. Как и в г. Иркутске, в развитии костей у плодов г. Шелехова можно выделить два этапа, но они кардинально отличаются по сути происходящих процессов, что, вероятно, связано с кумуляцией соединений фтора в организме плода. Первый этап продолжается до 16 недель, остеосинтез преобладает над остеорезорбцией, бедренные кости наиболее активно растут в толщину, тогда как рост в длину заторможен. Эти процессы можно объяснить тем, что в первую половину эмбриогенеза концентрация соединений фтора в организме эмбриона и плода еще незначительна, и его влияние распростаняется пока только на процессы метаболизма и пролиферативную активность клеток. 2 этап продолжается с 18 по 29 неделю, процессы остеорезорбции преобладают над активностью остеосинтеза, толщина костей уменьшается, а рост костей в длину остается малоактивным. По-видимому, на этом этапе в организме плода накапливается значительное количество соединений фтора, которые образуют фтор-апатит и повышают минеральную насыщенность растущих костей, затрудняя остеорезорбцию в процессе их ремодуляции, что приводит к компенсаторной гиперактивации функций остеокластов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авцын А.П., Жаворонков А.А. Патология флюороза. — Новосибирск: Наука, 1981 — 240 с.
2. Государственный доклад «О состоянии здоровья населения и деятельности учреждений здравоохранения Иркутской области в 2005 году». — Иркутск, 2006. —
3. Разумов В.В., Рыков В.А., Клиценко О.А., Данилов И.П. Морфогенез профессиональной фтористой остеопатии // Медицина труда и промышленная экология. — 1997.
- № 4. - С.29-31.
4. Разумов В.В. Сущность флюороза с позиций представлений о межклеточных взаимодействиях системы со-
единительной ткани (Аналитический обзор) // Меди-цина^труда и промышленная экология. — 2000. — № 6.
5. Фтор и фториды. Гигиенические критерии состояния окружающей среды 36 // Совместное издание Программы ООН по окружающей среде, Международной организации труда и Всемирной организации здравоохранения. - Женева: ВОЗ.1989. - 114 с.
6. Юшков Н.Н, Горева Е.Л., Муратова Н.М. и др. Определение зависимости между загрязнением атмосферного воздуха, фтористыми соединениями и содержанием фтора в организме // Сибирь — Восток. — 2000. — № 10.
Адрес для переписки:
664000 г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, ИГМУ, Шалина Тамара Исмаиловна — заведующая кафедрой анатомии человека ИГМУ, к.м.н. доцент. E-mail: [email protected], рабочий телефон: 8 (3952) 243361.
