Русский
EnglishВозрастные особенности гистологического строения середины диафиза большеберцовых костей у белых крыс после 60-дневного воздействия паров толуола и эпихлоргидрина
ID: 2016-12-6-A-10893
Оригинальная статья
1 - Национальный университет физического воспитания и спорта Украины; 2 - ГУ Луганский государственный медицинский университет
Резюме
Цель: изучить строение диафиза большеберцовых костей у крыс разного возраста после 2-месячной ингаляции толуола либо эпихлоргидрина. Материал и методы: Эксперимент проведен на 315 крысах (неполовозрелых (НК), половозрелых (ПК) и инволютивных (ИК)), подразделенных на контрольную группу и крыс, которые 60 дней получали ингаляции толуола или эпихлоргидрина с экспозицией в 5 часов 10 ПДК. Результаты: На 1 день по окончании воздействия толуола каналы остеонов и площадь костно-мозговой полости у НК были больше контроля на 8,50 и 10,46%, а остеонный слой – уже на 12,82%. У ПК отклонения составили 9,75, 10,29 и 11,52%, а у ИК – 7,02, 8,06 и 12,88%. В период реадаптации у НК восстановление показателей наблюдалось к 30 дню, у ПК – нарушения сохранялись до 15 дня на одном уровне, а у ИК – восстановление было незначительным.
На 1 день по окончании воздействия эпихлоргидрина отклонения составили 13,06, 11,61 и 11,46% у НК, 10,01, 12,67 и 11,62% у ПК и 8,92, 9,54 и 8,76% у ИК. В период реадаптации у НК восстановление наблюдалось к 60 дню, у ПК – нарушения сохранялись до 30 дня на одном уровне, а у ИК – восстановление практически не происходило. Заключение: 60-дневное воздействие паров толуола либо эпихлоргидрина сопровождается нарушениями гистологического строения диафиза большеберцовых костей и увеличением активности резорбтивных процессов. Выраженность отклонений и темпы восстановления зависели от возраста подопытных животных. Быстрее всего исследуемые показатели восстанавливались у НК, у ИК восстановление было крайне незначительным.
Ключевые слова
кости, диафиз, толуол, эпихлоргидрин, реадаптация
Введение
Основными летучими компонентами эпоксидных смол являются толуол (ТЛ) и эпихлоргидрин (ЭХГ) [1]. ТЛ, в зависимости от концентрации и длительности воздействия, может оказывать негативное воздействие на организм человека: вызывать изменение отдельных показателей гомеостаза, развитие острых и хронических заболеваний, аллергических состояний, повреждения кожи, слизистых оболочек, мышечной ткани, ЦНС, может индуцировать канцерогенез, значительные обменные нарушения [2]. При остром отравлении ЭХГ происходит резкое снижение концентрации SH–групп и активности эпоксидгидролазы в печени, что ведет к пролонгированию его циркуляции в организме и развитию некротических поражений печени [3]. Также, имеются и отдельные сведения о негативном влиянии ТЛ и ЭХГ на морфо-функциональное состояние различных органов иммунной и нейро-эндокринной систем [4–6].
Несмотря на то, что с парами ТЛ и ЭХГ в быту и на производстве постоянно контактирует значительное число лиц, комплексное исследование влияния этих агентов на морфогенез костной системы в возрастном аспекте до сих пор не проводили. Не была проведена и сравнительная оценка их негативного влияния на мофогенез скелета.
Цель
Цель исследования: установить особенности гистологического строения середины диафиза большеберцовых костей (ББК) у белых крыс различного возраста после 60-ти дневного ингаляционного воздействия паров ТЛ и ЭХГ и сравнить выявленные изменения.
Материал и методы
Эксперимент был проведен на 315 белых крысах-самцах трех возрастных групп – неполовозрелых, половозрелых и периода инволютивных изменений, полученных из вивария ГУ «Луганский государственный медицинский университет» и содержавшихся согласно требованиям и положениям, установленным "Европейской Конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и научных целей (Страсбург, 1986).
1-ю группу составили крысы (контрольная группа), которым внутрибрюшинно вводили изотонический раствор хлорида натрия в течение 2 месяцев; 2-я группа – крысы, которые ежедневно, на протяжении 2 месяцев, получали ингаляции ТЛ, с экспозицией 5 часов в 10 ПДК [9]. 3-я группа – крысы, которые ежедневно, на протяжении двух месяцев, в установке для ингаляционного введения веществ, получали ингаляции ЭХГ, с однократной экспозицией 5 часов в 10 ПДК [7].
Крыс выводили из эксперимента на 1, 7, 15, 30, 60 сутки после завершения двухмесячного воздействия ТЛ либо ЭХГ посредством декапитации под эфирным наркозом. Выделяли ББК, отделяли средние части диафизов, фиксировали их в 10% растворе нейтрального формалина, декальцинировали, обезвоживали и заливали в парафин. Гистологические срезы толщиной 6-8 мкм окрашивали гематоксилин-эозином и исследовали при помощи окулярного винтового микрометра МОВ-1-15Х ГОСТ 7865-56 по общепринятой методике [8].
Калибровку измерительных приборов производили с помощью миллиметрового отрезка ГОСТ 2 07513-55 2. Все полученные цифровые данные обрабатывали методами вариационной статистики с использованием стандартных прикладных программ [9].
Результаты
Воздействие паров ТЛ в течение 60 дней, с экспозицией 5 часов в 10 ПДК на подопытных животных сопровождалось гистологического строения середины диафиза ББК, выраженность и темпы восстановления которого зависели от возраста.
На 1 день по окончании ингаляций ТЛ общая ширина диафиза ББК на поперечном срезе была меньше показателей 1-й группы на 11,41%, ширина слоев наружных и внутренних генеральных пластинок – на 10,81% и 8,76%, а ширина остеонного слоя – на 12,82%. Диаметры остеонов и площадь компактного вещества также были меньше контрольных на 8,50% и 10,46%. Также, диаметры каналов остеонов и площадь костно-мозговой полости были больше контрольных на 7,83 и 9,37%.
В период реадаптации после воздействия паров толуола достоверные изменения строения диафиза ББК у неполовозрелых крыс регистрировались до 30 дня наблюдения.
Общая ширина диафиза с 7 по 30 день наблюдения была меньше показателей 1-й группы соответственно на 9,21, 6,90 и 4,81%, ширина слоя наружных генеральных пластинок – на 8,12, 6,63 и 4,37%, а ширина остеонного слоя – на 10,50, 7,67 и 5,74%. Ширина слоя внутренних генеральных пластинок была меньше контрольной на 7 и 15 день на 7,45 и 5,34%.
Диаметры остеонов также были меньше показателей 1-й группы с 7 по 30 день наблюдения на 7,18, 6,87 и 3,99%, а диаметры каналов остеонов превосходили контрольные на 7 и 15 день на 7,86 и 5,12%. При этом, площадь костномозговой полости ББК была больше значений 1-й группы с 7 по 30 день наблюдения на 8,57, 6,92 и 4,60%, а площадь компактного вещества в те же сроки – меньше на 8,21, 6,77 и 5,18%.
Таким образом, после 60-дневного воздействия паров ТЛ гистологическое строение середины диафиза ББК у неполовозрелых крыс постепенно восстанавливалось и после 30 дня периода реадаптации достоверные отклонения от контроля уже не определялись.
Непосредственно по окончании затравок парами ТЛ общая ширина диафиза ББК у половозрелых крыс была меньше показателей 1-й группы на 10,25%, ширина слоев наружных и внутренних генеральных пластинок – на 9,92 и 7,37%, а ширина остеонного слоя – на 11,59%. Диаметры остеонов и площадь компактного вещества также были меньше контрольных на 9,75 и 10,29%. Также, диаметры каналов остеонов и площадь костномозговой полости были больше контрольных на 10,66 и 9,82%.
В период реадаптации после воздействия паров ТЛ у половозрелых крыс выявленные изменения сохранялись приблизительно на одном уровне до 15 дня наблюдения, после чего начинали сглаживаться. Но и на 60 день наблюдения большинство исследуемых показателей все еще достоверно отличались от контрольных.
На протяжении всего наблюдения общая ширина диафиза была меньше показателей 1-й группы соответственно на 10,16, 9,29, 5,73 и 4,09%, ширина слоя наружных генеральных пластинок – на 9,51, 9,15, 6,24 и 3,89%, а ширина остеонного слоя – на 11,64, 10,50, 5,94 и 4,72%. Ширина слоя внутренних генеральных пластинок была меньше контрольной с 7 по 30 день наблюдения соответственно на 9,57, 7,72 и 4,71%.
При этом диаметр каналов остеонов и площадь костномозговой полости были больше показателей 1-й группы во сроки наблюдения соответственно на 11,00, 7,13, 6,90% и 4,66%, и на 9,62, 7,55, 7,27 и 5,38%. Наконец, диаметр остеонов был меньше показателей 1-й группы с 7 по 30 день наблюдения на 9,64, 8,65 и 4,89%, а площадь сечения компактного вещества диафиза – с 7 по 60 день на 9,67, 7,86, 6,53 и 5,44%.
У животных старческого возраста по окончании затравок парами ТЛ общая ширина диафиза ББК была меньше показателей 1-й группы на 10,40%, ширина слоев наружных и внутренних генеральных пластинок – на 7,97 и 8,35%, а ширина остеонного слоя – на 12,88%. Диаметры остеонов и площадь компактного вещества диафиза также были меньше контрольных на 7,65 и 8,91%. Также, диаметры каналов остеонов и площадь костно-мозговой полости были больше контрольных показателей на 7,02 и 8,06%.
В период реадаптации после воздействия паров ТЛ у подопытных животных старческого возраста восстановления исследуемых показателей практически не наступало, лишь на 60 день наблюдения появлялись признаки сглаживания отклонений. Общая ширина диафиза большеберцовой кости была меньше показателей 1-й группы во все сроки наблюдения соответственно на 9,61, 8,98, 8,04 и 6,57%, ширина слоя наружных генеральных пластинок – на 8,04, 6,84, 7,29 и 5,69%, а ширина слоя внутренних генеральных пластинок – на 7,32, 8,22, 6,85 и 5,83%. Также, ширина остеонного слоя с 7 по 60 день наблюдения была меньше значений 1-й группы соответственно на 11,73, 10,72, 9,18 и 7,56%.
При этом, диаметр остеонов во все сроки наблюдения был меньше контрольного на 8,65, 8,73, 6,77 и 5,51%, а площадь компактного вещества диафиза – на 8,58, 7,62, 5,46 и 5,01%. В то же время, диаметр каналов остеонов и площадь костномозговой полости были больше контрольных с 7 по 30 день соответственно на 7,40, 6,58 и 6,57, и на 7,51%, 6,17 и 5,16%. Это может свидетельствовать о том, что интенсивность процессов эндостальной резорбции к 60 дню наблюдения несколько снижается.
Таким образом, воздействие паров ТЛ на подопытных животных сопровождалось угнетением костеобразовательной активности надкостницы ББК и увеличением уровня активности резорбтивных процессов, выраженность и темпы восстановления которых зависели от возраста. У неполовозрелых животных достоверные отличия от показателей 1-й группы регистрировали до 15 дня наблюдения, у половозрелых крыс изменения сохранялись приблизительно на одном уровне до 15 дня наблюдения, после чего начинало сглаживаться, а у крыс инволютивного возраста - практически не восстанавливались.
Воздействие паров ЭХГ в течение 60 дней, с однократной экспозицией 5 часов в 10 ПДК, так же, как и воздействие ТЛ, сопровождалось нарушением гистологического строения диафиза ББК. При этом, оно было выражено сильнее, чем после воздействия паров ТЛ, а темпы восстановления также зависели от возраста подопытных животных.
На 1 день после окончания воздействия паров ЭХГ на неполовозрелых крыс общая ширина слоев диафиза была меньше значений 1-й группы на 10,71%, а ширина остеонного слоя и слоев наружных и внутренних генеральных пластинок – на 11,46, 9,39 и 10,49%. При этом, диаметры остеонов были меньше значений 1-й группы на 9,39%, а диаметры их каналов – больше на 13,06%. Наконец, площадь компактного вещества диафиза была меньше значений 1-й группы на 7,00%, а площадь костномозговой полости – больше на 11,61%.
В период реадаптации после воздействия паров ЭХГ на организм неполовозрелых крыс нарушения гистологического строения середины диафиза постепенно сглаживались и на 60 день наблюдения достоверные отличия от 1-й группы регистрировались в единичных случаях.
Общая ширина слоев диафиза ББК была меньше значений 1-й группы во все сроки наблюдения соответственно на 11,47, 9,11, 6,02 и 2,41%. При этом с 7 по 30 день наблюдения ширина слоя наружных генеральных пластинок была меньше значений 1-й группы соответственно на 8,36, 7,96 и 6,73%, слоя внутренних генеральных пластинок – на 11,59, 9,22 и 7,30%, а остеонного слоя – на 12,45, 9,61 и 5,16%.
Также, с 7 по 30 день наблюдения диаметры остеонов были меньше значений 1-й группы соответственно на 8,23, 6,39 и 5,17%, а диаметры их каналов – больше на 13,48, 12,27 и 5,93%. Помимо этого, с 7 по 30 день площадь компактного вещества диафиза большеберцовой кости была меньше значений 1-й группы соответственно на 8,38, 6,76 и 4,99%, а площадь костномозговой полости – больше на 12,29, 8,81 и 5,93%.
На 1 день после окончания воздействия паров ЭХГ на половозрелых крыс общая ширина всех слоев диафиза была меньше значений 1-й группы на 11,64%, слоя наружных генеральных пластинок – на 10,34%, остеонного слоя – на 12,67%, а слоя внутренних генеральных пластинок – на 8,59%. Также меньше контрольных значений были диаметры остеонов и площадь компактного вещества – на 10,01 и 7,29%. Наконец, диаметры каналов остеонов и площадь костно-мозговой полости были больше значений 1-й группы на 12,96 и 11,62%.
В период реадаптации после воздействия паров ЭХГ на организм половозрелых белых крыс выявленные изменения строения диафиза ББК сохранялись на одном уровне до 30 дня наблюдения и лишь затем начинали сглаживаться.
Общая ширина всех диафиза ББК была меньше значений 1-й группы во все сроки наблюдения соответственно на 11,20, 10,14, 6,36 и 5,29%. Также, во все сроки наблюдения меньше значений 1-й группы были: ширина слоя наружных генеральных пластинок – на 11,09, 10,60, 6,30 и 5,94%, ширина остеонного слоя – на 12,06, 11,05, 6,91 и 5,51%, ширина слоя внутренних генеральных пластинок – на 9,27, 7,45, 5,19 и 4,10%, диаметры остеонов – на 10,63, 9,52, 8,42 и 6,10%, и площадь компактного вещества диафиза – на 9,24, 8,88, 9,27 и 5,67%.
Наконец, диаметры каналов остеонов и площадь сечения костно-мозговой полости были больше значений 1-й группы во все установленные сроки наблюдения соответственно на 12,06, 12,53, 11,27 и 7,47%, и на 11,20, 12,09, 10,61 и 6,32%.
У крыс старческого возраста на 1 день после окончания воздействия ЭХГ общая ширина слоев диафиза ББК была меньше значений 1-й группы на 7,93%, слоя наружных генеральных пластинок – на 6,70%, остеонного слоя – на 8,76%, а слоя внутренних генеральных пластинок – на 7,76%. Также меньше значений 1-й группы были и диаметры остеонов и площадь компактного вещества диафиза – на 5,27 и 4,78%. При этом диаметры каналов остеонов и площадь костно-мозговой полости были больше значений 1-й группы на 8,92 и 9,54%.
В период реадаптации после воздействия паров ЭХГ на организм инволютивных животных гистологическая структура середины диафиза ББК практически не восстанавливалась.
Общая ширина слоев диафиза была меньше контрольных значений во все сроки наблюдения на 6,92, 6,90, 5,72 и 4,60%. При этом, также во все сроки наблюдения меньше значений 1-й группы были: ширина слоя наружных генеральных пластинок – на 5,94, 6,21, 5,64 и 5,08%, ширина остеонного слоя – на 7,92, 8,28, 7,85 и 6,53%, диаметры остеонов – на 5,89, 6,52, 5,76 и 5,20%. Ширина слоя внутренних генеральных пластинок была меньше значений 1-й группы на 7 и 15 день на 6,16 и 5,17%, а площадь компактного вещества на 7, 30 и 60 день – на 4,74, 4,92 и 4,37%.
В ходе всего периода наблюдения диаметры каналов остеонов и площадь костно-мозговой полости были больше значений 1-й группы соответственно на 9,72, 10,76, 10,29 и 5,43%, и на 9,45, 9,26, 6,61 и 5,43%.
Обсуждение
Таким образом, 60-дневное воздействие паров ЭХГ на организм подопытных животных сопровождалось нарушением гистологического строения диафиза ББК с признаками усиления активности резорбтивных процессов. У неполовозрелых животных изменения постепенно сглаживались и на 60 день наблюдения сохранялись единичные отличия от контроля, у половозрелых животных изменения сохранялись на одном уровне до 30 дня наблюдения и лишь затем начинали сглаживаться, а в инволютивный возрастной период восстановление не происходило. Выраженность выявленных отклонений была выше, чем после аналогичного воздействия паров толуола, а темпы восстановления – медленнее [10].
Заключение
Полученные результаты позволяют утверждать следующее:
1. После 60-дневного ингаляционного воздействия паров ТЛ либо ЭХГ у белых крыс различного возраста наблюдается угнетение активности костеобразовательной функции надкостницы ББК и увеличение активности резорбтивных процессов.
2. Выраженность выявленных изменений и длительность их восстановления после прекращения затравки зависят от вида агента и возраста подопытных животных.
3. Воздействие паров ЭХГ сопровождалось более выраженным нарушением гистологического строения середины диафиза ББК, чем аналогичное воздействие паров ТЛ, а темпы восстановления были ниже.
4. После окончания воздействия паров ТЛ у неполовозрелых животных достоверные отличия показателей гистоморфометрии от значений контрольной группы регистрировали до 30 дня наблюдения, у половозрелых крыс изменения сохранялись приблизительно на одном уровне до 15 дня наблюдения, после чего начинали сглаживаться, а у крыс инволютивного возраста практически не восстанавливались.
5. После окончания воздействия паров ЭХГ у неполовозрелых животных достоверные отличия показателей гистомрфометрии от значений контрольной группы регистрировали до 60 дня наблюдения, у половозрелых крыс выявленные изменения сохранялись приблизительно на одном уровне до 30 дня наблюдения, после чего начинали сглаживаться, а у крыс инволютивного возраста практически не восстанавливались, а в некоторых случаях амплитуда выявленных отклонений к 60 дню даже нарастала.
Конфликт интересов: Работа была выполнена в рамках плана научных исследований ГУ «Луганский государственный медицинский университет» и является составной частью научно-исследовательской работы кафедры анатомии человека «Морфогенез органов эндокринной, иммунной и костной систем под хроническим влиянием летучих компонентов эпоксидных смол» (гос. регистр. № 0109U00461).
Литература
- Майданюк О.О. Вплив побутової хімії та шкідливих речовин на організм людини // Український науково-медичний молодіжний журнал. 2011. № 1. С. 166–167.
- Власов Н.В. Сочетанное действие толуола и общей вибрации в хроническом токсикологическом эксперименте // Гигиена труда. 2006. № 5. С. 75–78.
- Высоцкий И.Ю. Токсичность и метаболизм эпоксидных соединений // Український медичний альманах. 2000. Т. 3, № 2. С. 43–46.
- Волошин В.М. Ефекти інгаляційного впливу толуолу на масу селезінки статевозрілих щурів // Український медичний альманах. 2009. Т. 12, № 5. С. 65–68.
- Волошин В.М. Морфологічні зміни тимусу статевонезрілих білих щурів після інгаляційного впливу епіхлоргідрину та можливість їх корекції тіотриазоліном // Український морфологічний альманах. 2012. Т. 10, № 1. С. 118–121.
- Фомина К.А. Экологически неблагоприятное влияние эпихлоргидрина на структурную организацию гипофиза крыс-самцов на разных этапах постнатального онтогенеза // Український журнал екстремальної медицини ім. Г.О. Можаєва. 2012. Т. 13, № 2. С. 91–96.
- Epichlorohydrin in Drinking-water. Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality // World Health Organization, 2004. 15 р.
- Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрія: рук-во. М.: Медицина, 1990. 384 с.
- Лапач С.Н., Чубенко А.В., Бабич П.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Exсel. Киев: Морион, 2000. 320 с.
- AEGLs. Proposed Acute Exposure Guideline Levels. Toluene (CAS Reg. №. 108–88–3). United States Environmental Protection Agency Office of Pollution Prevention and Toxics. Public Draft. – 2000.
