Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Pain. Joints. Spine." 1 (05) 2012

Back to issue

Влияние свинцовой интоксикации на межпозвоночный диск (экспериментальное исследование)

Authors: Мальцева В.Е. - ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», г. Харьков. Научный руководитель — профессор Дидух Н.В.

Categories: Family medicine/Therapy, Rheumatology, Traumatology and orthopedics, Neurology

print version


Summary

Резюме. В статье приведены результаты экспериментального исследования влияния свинцовой интоксикации на межпозвоночный диск лабораторных крыс. Выявлено, что при свинцовой интоксикации возникают дегенеративные нарушения во всех отделах межпозвоночного диска крыс, поражающие структуру как фиброзного кольца, так и студенистого ядра. При этом дегенеративные изменения фиброзного кольца выражаются в нарушении слоистости вследствие появления трещин в пластинах и между ними, исчерченности коллагеновых волокон, снижении плотности фиброхондроцитов. В студенистом ядре происходит фрагментация синцитиеподобной структуры и нарушение взаимосвязи между нотохордальными клетками.

Резюме. У статті наведені результати експериментального дослідження впливу свинцевої інтоксикації на міжхребцевий диск лабораторних щурів. Виявлено, що при свинцевій інтоксикації виникають дегенеративні порушення у всіх відділах міжхребцевого диска щурів, що уражують як структуру фіброзного кільця, так і драглисте ядро. При цьо­му дегенеративні зміни фіброзного кільця виявляються в порушенні шаруватості внаслідок появи тріщин у пластинах і між ними, окресленості колагенових волокон, зниженні щільності фіброхондроцитів. У драглистому ядрі відбувається фрагментація синцитієподібної структури і порушення взаємозв’язку між нотохордальними клітинами.

Summary. The article presents the results of experimental study of the effectы of lead intoxication on the intervertebral disc of laboratory rats. It was revealed that in lead intoxication degenerative disorders occur in all parts of the intervertebral disc of rats, affecting both the structure of the annulus fibrosus and the nucleus pulposus. At the same time degenerative changes of the annulus fibrosus can be expressed in disturbance of foliation, due to the appearance of cracks in plates and between them, banding of collagen fibers, reducing the density of fibrochondrocytes. In the nucleus pulposus fragmentation of syncytium structure occurs as well as disturbance of the interconnection between notochordal cells.


Keywords

Ключевые слова: межпозвоночный диск, фиброзное кольцо, студенистое ядро, свинцовая интоксикация, свинец.

Ключові слова: міжхребцевий диск, фіброзне кільце, драглисте ядро, свинцева інтоксикація, свинець.

Key words: intervertebral disc, annulus fibrosus, nucleus pulposus, lead intoxication, lead.

На сегодняшний день более 85 % людей во всем мире страдают от болей в спине [1], одной из причин которых может быть дегенерация межпозвоночного диска [2]. До сих пор неизвестны факторы, вызывающие дегенерацию межпозвоночного диска, что делает необходимым продолжение исследований, связанных с изучением влияния экзогенных и эндогенных факторов на позвоночный столб в целом и межпозвоночный диск в частности. Одним из таких экзогенных факторов может быть влияние различных вредных веществ, попадающих из окружающей среды в организм человека, а именно свинца. Согласно данным ВОЗ, на 2010 г. в Украине 68,8 % населения проживает в городах, что может предполагать угрозу влияния на их организм соединений свинца, поступающего в воздух и воду от промышленных объектов и автотранспорта [3]. Как известно, свинец в организме человека соединяется с белками эритроцитов и может циркулировать в таком виде в кровотоке до 30 дней [4]. Влияние свинца на мышечную, кровеносную и нервную системы, внутренние органы, длинные кости широко исследовано. Имеются данные об особенностях организации зон роста в условиях свинцовой интоксикации. Следует отметить, что дети более чувствительны к воздействию свинца, так как при поглощении 40 % дозы в их организме накапливается до 30 % свинца, в то время как у взрослых людей процент поглощения более низкий — до 10 %, а накопление составляет около 1 % [5]. Имеются данные, что у детей свинец кумулируется в мягких тканях в большей мере, чем у взрослых, создавая таким образом среду для развития различных нарушений уже в молодом возрасте [6]. Однако данных, касающихся воздействия свинцовой интоксикации на позвоночный столб, практически не имеется.

Межпозвоночный диск как составная часть three-joint complех позвоночного столба является аваскулярной структурой, и его питание происходит у человека диффузионным путем через замыкательную пластинку из прилежащих кровеносных сосудов, а у мелких животных, в том числе у крыс, — непосредственно через внешние отделы фиброзного кольца [7, 8]. Представляется возможным, что свинец может проникать в диск путем диффузии из кровотока вместе с питательными веществами и оказывать влияние на его структуру и функции.

Цель исследования — изучить влияние свинцовой интоксикации на межпозвоночный диск крыс.

 

Объект и методы исследования

Экспериментальное исследование было проведено на 15 белых лабораторных крысах-самцах в возрасте 1,5 месяца популяции экспериментально-биологической клиники ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины». Животные были отобраны и случайным образом разделены на 2 группы: 1) модели свинцовой интоксикации (опытная группа) — 9 крыс; 2) контрольная — 6 крыс.

Для исследования использовали модель свинцовой интоксикации, которая имитировала влияние свинца на организм человека в условиях проживания в мегаполисе [9]. При этом животные получали раствор ацетата свинца с элементарным содержанием свинца 230 мг/л в качестве питьевой воды, а контрольная группа — дистиллированную воду. Эксперимент длился 3 месяца, после чего животных выводили из эксперимента под эфирным наркозом согласно международным нормативам по биоэтике [10].

Для дальнейшего анализа были взяты поясничные отделы позвоночников, которые обрабатывали согласно стандартной гистологической методике [11]. Материал фиксировали в растворе с массовой частью нейтрального формалина 10 %, проводили декальцинацию в растворе с массовой частью азотной кислоты 4 %, обезвоживали в водных растворах этилового спирта возрастающей концентрации, а также в смеси этилового спирта с диэтиловым эфиром (раствор 1 : 1), заключали в целлоидин.

Гистологические срезы изготовляли на санном микротоме МС-2. С каждого препарата изготовляли по 3 среза толщиной 10–15 мкм. Полученные срезы окрашивали гематоксилином и эозином [11]. Исследование полученных гистологических препаратов проводили с помощью светового микроскопа Axiostar Plus.

Для электронно-микроскопического исследования фрагменты межпозвоночного диска лабораторных крыс размером 1 мм3 префиксировали в фиксаторе Карновского с последующей фиксацией в 1% растворе четырехокиси осмия. Фрагменты обезвоживали в серии спиртов восходящей концентрации, ацетоне, пропитывали в смеси ацетона с эпоксидной смолой, заключали в смесь эпона с аралдитом [12]. Ультратонкие срезы толщиной 40–50 нм контрастировали уранилацетатом и красителем Рейнольдса [13] и исследовали с помощью трансмиссионного электронного микроскопа ЕМВ-100БР.

Фотографии препаратов изготовляли при помощи цифровой камеры Canon EOS 300D.

Для гистоморфометрического анализа использовали компьютерную программу ImageJ 1.45. Цифровые показатели были обработаны статистически.

 

Результаты и их обсуждение

 

Контрольная группа

При гистологическом анализе межпозвоночного диска крыс контрольной группы выявлено, что в фиброзном кольце упорядоченно располагались пластинки из пучков коллагеновых волокон, а студенистое ядро было представлено синцитиеподобной структурой, в которой нотохордальные клетки тесно контактировали между собой отростками. Клетки фиброзного кольца и студенистого ядра имели слабобазофильную окраску.

При электронно-микроскопическом анализе было обнаружено, что во внешних отделах фиброзного кольца располагались фиброхондроциты, которые во внутренних отделах диска имели фенотипические признаки, характерные для хондроцитов, то есть располагались в капсулах. Клетки фиброзного кольца имели ядра с преобладанием эухроматина, в цитоплазме обнаруживалась развитая гранулярная эндоплазматическая сеть, что свидетельствовало об их функциональной активности.

 

Модель свинцовой интоксикации

В результате гистологического анализа у животных опытной группы в фиброзном кольце были обнаружены проявления дегенеративных изменений. При этом во внешнем отделе фиброзного кольца происходило растрескивание пластин между пучками коллагеновых волокон, наблюдался их дискоидный распад, а также встречались очаги некротически измененного матрикса (рис. 1).

Во внутреннем отделе фиброзного кольца наблюдалось разрастание хрящевой ткани по направлению к студенистому ядру. Ткань, замещающая студенистое ядро, имела структуру, характерную для гиалинового хряща. Встречались изогенные группы по 5-8 хондроцитов, матрикс имел слабоэозинофильную окраску, волокнистые структуры не имели четких контуров. Клетки в таких изогенных группах находились в разном биотическом состоянии, а именно: некоторые из них имели пикнотические ядра или вакуолизированную цитоплазму, в то время как другие — крупные гипохромные ядра, также обнаруживались очаги детрита (рис. 2). Выявлены участки с нарушением пластинчатой структуры фиброзного кольца — при этом изменялась пространственная ориентация пластинок, в матриксе которых хаотично располагались фиброхондроциты (рис. 3).

В студенистом ядре животных опытной группы синцитиеподобная структура была нарушена, обнаруживались изолированные скопления клеток (рис. 2, 3).

Электронно-микроскопический анализ показал, что в студенистом ядре у животных обеих групп нотохордальные клетки имели ядра различной степени гетерохроматизации, в цитоплазме располагались крупные вакуоли и лизосомы различных размеров (рис. 4, 5).

Для изучения влияния свинцовой интоксикации на клеточную популяцию фиброзного кольца была проведена гистоморфометрия внешнего отдела, по данным которой выявлено, что плотность клеток у животных опытной группы была в 1,3 раза ниже (p < 0,05) по сравнению с контролем. Снижение плотности клеток может быть вызвано деструктивными нарушениями в матриксе фиброзного кольца или снижением адгезивных качеств клеток [14].

При электронно-микроскопическом анализе у крыс опытной группы в матриксе внешнего отдела фиброзного кольца были обнаружены фиброхондроциты, в цитоплазме которых преобладали микрофиламенты и имела место вакуолизация, что свидетельствует о низкой биосинтетической активности клеток (рис. 6). Коллагеновые волокна имели размытые контуры, большинство волокон не имели поперечной исчерченности, что указывает на деструкцию на участках. В местах неравномерной исчерченности волокон обнаруживались электронно-плотные участки, возможно связанные с кальцификацией или с накоплением свинца в матриксе (рис. 7). Аналогичные изменения наблюдались и при изучении другой хрящевой ткани — суставного хряща [15].

Во внутреннем отделе фиброзного кольца в опытной группе встречались хондроциты с двумя ядрами, контуры которых соответствовали как «ключ замку», что может свидетельствовать о недавнем делении амитозом этих клеток. Цитоплазма у таких клеток была слабо дифференцирована (рис. 8). Присутствие таких клеток подтверждает наличие процесса гиалинизации фиброзного кольца, обнаруженного при гистологическом анализе.

У многих клеток фиброзного кольца при интоксикации свинцом в цитоплазме находились деструктивные полости различного размера и локализации, а также электронно-плотные включения. Ядра в таких клетках имели небольшие размеры с повышенной гетерохроматизацией, плотность ядерных пор была низкой, что свидетельствует о нарушении обменных процессов между ядром и цитоплазмой (рис. 9).

 

Выводы

1. При свинцовой интоксикации возникают дегенеративные нарушения во всех отделах межпозвоночного диска крыс, поражающие структуру как фиброзного кольца, так и студенистого ядра.

2. Дегенеративные изменения фиброзного кольца связаны с нарушением слоистости вследствие появления трещин в пластинах и между ними, исчерченности коллагеновых волокон, снижением плотности фиброхондроцитов.

3. Во внутреннем отделе фиброзного кольца зафиксирована гиалинизация, что выражается в повышении плотности хондроцитов и образовании ими крупных изогенных групп.

4. В студенистом ядре имело место нарушение синцитиеподобной структуры, проявляющееся в формировании отдельных скоплений нотохордальных клеток, не связанных между собой.


Bibliography

1. Degeneration and regeneration of the intervertebral disc: lessons from development / L.J. Smith, N.L. Nerurkar, Kyung-Suk Choi et al. // Disease Models & Mechanisms. — 2011. — Vol. 4. — P. 31-41.

2. Freemont J. The cellular pathobiology of the degenerate intervertebral disc and discogenic back pain // Rheumatology. — 2009. — Vol. 48. — P. 5-10.

3. Европейская база данных ЗДВ (HFA-DB): Европейское региональное бюро Всемирной организации здравоохранения. — 2011. — Электронный ресурс. — Точка доступа: http://data.euro.who.int/hfadb/shell_ru.html.

4. The epidemiology of lead toxicity in adults: measuring dose and consideration of other methodological issues / H. Hu, R. Shih, S. Rothenberg, B.S. Schwartz // Environ. Health Perspect. — 2007. — Vol. 115, № 3. — P. 455-462.

5. Rosin А. The long-term consequences of exposure to lead // IMAJ. — 2009. — Vol. 11. — Р. 689-694.

6. Patrick L. Lead toxicity: a review of the literature. Part I: exposure, evaluation, and treatment // Alternative Medicine Review. — 2006. — Vol. 11, № 1. — P. 1-22.

7. Temporo-spatial distribution of blood vessels in human lumbar intervertebral discs / A.G. Nerlich, R. Schaaf, B. Walchli, N. Boos // Eur. Spine J. — 2007. — Vol. 16. — P. 547-555.

8. Yong-Soo Choi. Pathophysiology of degenerative disc disease // Asian Spine Journal. — 2009. — Vol. 3, № 1. — P. 39-44.

9. Carmouche J.J. Lead exposure inhibits fracture healing and is associated with increased chondrogenesis, delay in cartilage mineralization, and a decrease in osteoprogenitor frequency / J.J. Carmouche, J.E. Puzas, X. Zhang et al. // Environ. Health Perspect. — 2005. — Vol. 113, № 6. — P. 749-755.

10. European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purpose: Council of Europe, 18.03.1986. — Strasbourg, 1986. — Электронныйресурс. — Точкадоступа: http://conventions.coe.int/Treaty/en/Treaties/html/123.htm.

11. Саркисов Д.С. Микроскопическая техника / Д.С. Саркисов, Ю.Л. Перова. — М.: Медицина, 1996. — 542 с.

12. Уикли Б. Электронная микроскопия для начинающих. — М.: Мир, 1975. — 324 с.

13. Reynolds E.S. The use of lead citrate at high ph as an electron-opaque stain in electron microscopy // J. Cell. Biol. — 1963. — Vol. 17. — P. 208-212.

14. Дедух Н.В. Адгезия // Боль. Суставы. Позвоночник. — 2011. — № 4. — С. 44-46.

15. Побєл А.М. Клініко-експериментальне обґрунтування лікування внутрішньосуглобових переломів на фоні дії шкідливих факторів металлургійного виробництва: Aвтореф. дис… д-ра мед. наук: 14.01.21 / Запорізьк. держ. інститут удосконал. лікарів МОЗ України. — Харків, 2003. — 34 с.

Similar articles

Authors: Радченко В.А., Дедух Н.В., Бенгус Л.М., Шимон М.В., Государственное учреждение «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко АМН Украины», г. Харьков
"Pain. Joints. Spine." 2 (02) 2011
Date: 2011.08.08
Categories: Family medicine/Therapy, Rheumatology, Traumatology and orthopedics, Neurology
Хрящевая замыкательная пластинка и ее роль в дегенерации диска (аналитический обзор литературы)
Authors: Бенгус Л.М., Дедух Н.В., ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМНУ», г. Харьков
"Pain. Joints. Spine." 2 (06) 2012
Date: 2013.01.21
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Medical forums
Authors: Дедух Н.В., Заведующая лабораторией морфологии соединительной ткани ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», доктор биологических наук, профессор
"Pain. Joints. Spine." 4 (04) 2011
Date: 2012.06.06
Categories: Family medicine/Therapy, Rheumatology, Traumatology and orthopedics, Neurology
Механизмы спонтанной резорбции грыжи межпозвоночного диска (Аналитический обзор литературы)
Authors: Дедух Н.В., Бенгус Л.М., ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМНУ», г. Харьков
"Pain. Joints. Spine." 1 (09) 2013
Date: 2013.04.25
Categories: Rheumatology, Traumatology and orthopedics, Neurology
Sections: Specialist manual

Back to issue