Возрастные измения состава углеводных компонентов в костной ткани человека

чение САД и ДАД происходит у них на фоне сопряженной реакции МОК и ОПС. У девочек-подростков повышение САД и ДАД достигается преимущественно увеличением МОК, которое изменяется за счет увеличения ЧСС и УОК и сопровождается более высоким расходом энергии сердцем, максимальным увеличением его внешней работы и высокой потребностью миокарда в кислороде.

Подростки, занимающиеся физической культурой и спортом, имеют существенные различия в кардиогемо-динамическом обеспечении ЭН по сравнению со сверстниками, чья обычная двигательная активность ограничена лишь уроками физкультуры в школе. Так, меньшая потребность миокарда в кислороде в покое и во время ЭН у подростков, занимающихся физической культурой и спортом, показывает, что система коронарных сосудов у подростков-спортсменов защищена от воздействия эмоционально-стрессовых факторов в большей степени, чем у их сверстников с обычным режимом двигательной активности. Сердце, как насос, у девочек-спортсменок работает интенсивнее и более экономно. Более стабильными у них остаются и показатели, характеризующие сократительные свойства миокарда и внутрисердечную ауто-регуляцию. Исходя из полученных данных, можно сделать заключение, что расширение двигательной активности в режиме дня подростков положительно сказывается на устойчивости КГД к учебным и эмоциональным нагрузкам и является необходимой мерой профилактики заболеваний, в том числе и тех, в основе которых лежит эмоциональное перенапряжение.

Список литературы

1. Аксенова А.М., Ливенская Т. Т., Фурсова Р.П. Взаимодействие медиков, психологов и педагогов в работе по улучшению успеваемости школьников //Лечебная физическая культура и массаж. - 2004. -№3(12). - С. 43-45.

2. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. -М.: Наука, 1980. - 195 с.

3. Антропова М. В. Анализ некоторых методик изучения общей умственной работоспособности школьников в возрастном аспекте// Новые исследования возрастной физиологии. - 1977. - №9. - С. 109.

4. Бадалов О.Ю., Козловский И.З. Влияние оздоровительной физкультуры на повышение уровня жизнедеятельности школьника //Лечебная физическая культура и массаж. - 2005. - №1(16). - С.49-50.

5. Ведяев Ф.П., Демидов В.А. Особенности гемодинамического обеспечения эмоционального напряжения у юношей и девушек: Тезисы докладов 1-го съезда физиологов Казахстана. - Алма-Ата: Наука, 1988. - С.26-27.

6. Ведяев Ф.П., Воробьева Т.М. Модели и механизмы эмоциональных стрессов. - Киев: Здоров'я. - 1983.

7. Глебова Н.Н и др. Проблема охраны репродуктивного здоровья девочек-подростков //Образование и наука. - Калуга. - 1998. - С.68-70.

8. Демидов В.А., Ведяев Ф.П., Гаевский Ю.Г. Изменения артериального давления у юношей и девушек при эмоциональном напряжении // Физиологический журнал СССР им. И.М. Сеченова. - 1989. - Т.75. -№12. - С. 1697-1707.

9. Зинченко В.П., Леонова А.В., Муников В.М. Методы оценки функциональных состояний и динамики работоспособности //13 съезд Всесоюзного физиологического общества им. И.П. Павлова, посв. 150-летию со дня рожд. И.М. Сеченова. - Л.: Наука, 1979. - Т.1. - С.415-416.

10. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высшая школа, 1980.

11. Литовченко О.Г., Логинов С.И., Авдеев В.Н. Адаптационный потенциал сердечно-сосудистой системы как показатель напряжения организма школьника // Биолого-химические и физико-математические методы исследования и средства. - Кустонай, 1996. - С. 122-130.

12. Меерсон Ф.3. Патогенез и предупреждение стрессорных и ишеми-ческих повреждений сердца. - М.: Медицина, 1984.

13. Мясников А.Л. Некоторые данные о нервных и гуморальных факторах в патогенезе гипертонической болезни //Проблемы кортико-вис-церальной патологии. - M.-Л., 1952. - С. 188-201.

14. Семенова Л.К. Возрастные особенности сердечно-сосудистой системы детей. - М.: Педагогика, 1978. - 228 с.

15. Соколов Е.И. и др. Изменения системной и внутрисердечной гемодинамики у здоровых лиц под влиянием эмоционального напряжения // Кардиология. - 1987. - №4. - С.93-105.

А.Н. Накоскин, А.Г. Гасанова ФГУН «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНИЯ СОСТАВА УГЛЕВОДНЫХ КОМПОНЕНТОВ В КОСТНОЙ ТКАНИ ЧЕЛОВЕКА

Проведено исследование углеводных компонентов костной ткани человека. определено количество уроновых кислот, гексоз, гексозаминов, сульфатов в различные возрастные периоды и в соответствии с полом. Выявлено, что содержание уроновых кислот накапливается с возрастом, содержание гексозаминов не изменяется с возрастом, однако увеличивается сульфатированность гликозаминогликанов.

The research of carbohydrate components of human bone tissue is carried out. The quantity of uronic acids, hexoses, hexosamines, sulfates in the various age periods is determined and according to a gender. It revealed, that the contents of uronic acids increased with age of the men, the content of hexosamines does not change with age, however sulfured glycosaminoglycans is increased.

Введение. Несмотря на большое количество специальных исследований органической составляющей костной ткани, она остается одной из наименее изученных структур организма. В значительной мере это обусловлено высокой степенью минерализации ткани. В процессе пробоподготовки костная ткань подвергается механическим, температурным, химическим воздействиям, в результате которых возможны трансформация и структурные изменения молекул биополимеров и низкомолекулярных органических соединений. Поэтому задача нашего исследования состояла в прицельном изучении углеводных компонентов костной ткани практически здоровых людей в зависимости от возраста и пола.

Материалы и методы. Исследования выполнены на 50 трупах практически здоровых людей, умерших в результате травмы и не имевших костной патологии. Материал был разбит на четыре возрастные группы в соответствии с морфологической классификацией [3]: 1-я: мужчины 22-35 лет, женщины 21-35 лет; 2-я: мужчины 36-60 лет, женщины 36-55 лет; 3-я: мужчины 61-74 лет, женщины 56-74; 4-я: более 74 лет. Для исследования высекали участок компактной костной ткани (КК) в верхней трети диафиза бедренной кости и участок губчатой кости (ГК) верхней полусферы головки бедренной кости. Пробы костной ткани обезжиривали, лиофильно высушивали и определяли содержание уроновых кислот (УК) фотоколориметрическим методом кар-базоловой реакцией [6]. Гексозамины (ГА) определяли фо-токолориметрически по реакции с ацетилацетоном и п-ди-метиламинобензальдегидом [7]. Количество неорганического сульфата определяли после влажного озоления навески смесью хлорной кислоты и уксусного ангидрида тур-бидиметрическим методом с хлористым барием [2]. Определение гексоз, не содержащих азота, проводили орцино-вым методом с 60 % серной кислотой [10].

Нормальность распределения выборок оценивали по критерию Шапиро-Уилка. Полученные результаты обрабатывали методами непараметрической статистики. Возрастные изменения оценивали по групповому критерию Крускала-Уолеса, для парного сравнения применяли W-критерий Вилкоксона для несвязанных выборок.

Результаты исследования

Общепринятым считается, что определение УК и ГА

показывает содержание в ткани кислых гликозаминог-ликанов и общих гликопротеинов соответственно.

Последние данные, которые удалось отыскать в доступной нам литературе, датируются восьмидесятыми годами или более ранними периодами [1]. Эти сведения зачастую разрознены, видимо, вследствие того, что исследования проводились в разных географических зонах и на разных частях скелета. Проведенное нами исследование показало, что содержание УК в КК мужчин увеличивается с возрастом (табл.1). Не выявлено достоверных различий в период от 35 до 74 лет. Однако в возрасте 21-35 лет содержание УК достоверно ниже (Р=0,02), а в период более 74 лет достоверно выше (Р=0,03). У женщин в КК содержание УК достоверно не изменяется, хотя наблюдается некоторое соответствие с изменением УК у мужчин. Отличие содержания УК в ГК I оэзгё! ё эги й ё( аТ га ааб( Т ай0а -^а! аЁ (Ек0,04 у женщин, Р<0,001 у мужчин).

Таблица 1

Содержание уроновых кислот и гексозаминов в костной ткани практически здоровых людей

Содержание УК и ГА в костной ткани мужчин, ммоль/100г

УК в КК УК в ГК ГА в КК ГА в ГК

1 -я группа ),372<0,397<0,448" 1,024<1,356<1,450 1,851 <1,941 <2,016 1,954<2,712<3,164

2-я группа 0,398<0,482<0,504 0,713<0,978<1,116 1,711<2,080<2,514 2,073<2,641<3,490

3-я группа 0,467<0,496<0,533 0,970<1,318<1,407 1,850<2,268<2,732 2,085<2,666<3,056

4-я группа 0,775<0,947<1,118 1,027<1,263<1,617 2,397<3,281 <4,166 2,369<2,761 <3,154

Содержание УК и ГА в костной ткани женщин, ммоль/100г

1 -я группа 3,401<0,411<0,481 0,725<0,833<0,946 1,873<2,183<2,542 2,433<2,986<3,121

2-я группа 3,461<0,469<0,482 1,185<1,259<1,423 2,009<2,385<2,509 4,359<5,364<6,842

3-я группа 3,431 <0,461 <0,841 0,934<1,248<1,489 2,055<2,324<2,894 2,257<2,766<3,227

4-я группа Э,460<0,487<0,538 0,695<0,767<1,024 2,046 <2,179 <2,423 1,693<1,766<1,822

*- в таблице приведены значения медиан выборок и соответственно 0,25 и О,75 процентиль

Отмечено также, что динамика изменения содержания УК в губчатой кости отличается от компактной. Так, у мужчин выявлено достоверное снижение УК в период 35-60 лет по сравнению с периодом 21-35 лет (Р<0,02) и достоверное увеличение до прежних значений к 74 годам (Р<0,04). У женщин в ГК в отличие от мужчин выявлено достоверное увеличение во второй группе относительно первой (Р<0,04). В остальных трех группах достоверных отличий не выявлено, однако прослеживается некоторая тенденция к снижению содержания УК. Полученные нами данные согласуются с исследованием Л.И. Слуцкого с соавт., которые показали, что содержание УК в диа-физе большеберцовой кости человека составляет 0,09+0,03 г/100г сухой обезжиренной ткани и 0,13+0,03 г/ 100 г в губчатой кости коленного сустава [5].

Нами не выявлено достоверных отличий в содержании ГА в КК и ГК мужчин на протяжении всего изучаемого возрастного промежутка. Их содержание составило соответственно в КК 1,8<2,3<4,1 и ГК 1,9<2,7<3,4. У женщин в КК содержание ГА также не изменяется с возрастом и составляет 1,8<2,2<2,8, а в ГК выявлено достоверное увеличение ГА на промежутке 21-55 лет (Р<0,05), и далее достоверное снижение содержания ГА в последующие возрастные периоды (Р<0,02).

Результаты, полученные при определении гексоз, показали, что их содержание не зависит от возраста, кроме того отмечено равномерное распределение гексоз между КК и ГК (табл. 2). Не выявлено половых различий в содержании гексоз, у мужчин и женщин их количество составило 0,7<1,02<2,4 ммоль/100г. Исследование содержания сульфатов показало, что в КК мужчин в период 22-60 лет происходит нарастание общих сульфатов, в ГК наблюдается похожая тенденция изменения ионов Э042, однако выявить статистических различий не удалось.

Таблица 2.

Содержание гексоз и сульфатов в костной ткани мужчин и женщин

Содержание гексоз и сульфатов в костной ткани мужчин, ммоль/100г

Гексоз КК Гексоз ГК Сульфатов КК Сульфатов ГК

1 -я группа 0,80<0,91<1,11* 0,8б<1,07<1,17 0,54<0,56<0,62 1,05<1,32<2,7б

2-я группа 0,74<1,02<1,19 0,81 <1,09<1,34 0,87<1,14<1,32 1,09<1,44<1,63

3-я группа 0,69<0,84<1,36 0,80<1,15<1,34 0,67<0,84<1,17 0,91<1,15<1,80

4-я группа 0,91<1,21<1,50 0,59<0,84<1,08 1,65<2,09<2,54 2,31<2,85<2,58

Содержание гексоз и сульфатов в костной ткани женщин, ммоль/100г

1 -я группа 1,14<1,29<1,3б 1,05<1,1б<2,43 1,1б<1,61<2,12 0,88<1,01<1,97

2-я группа 0,75<0,84<0,95 1,10<1,14<1,30 1,04<1,07<1,32 0,90<1,31 <1,33

3-я группа 0,73<1,11<1,77 0,78<0,92<1,15 1,52<1,73<1,8б 1,14<1,59<1,91

4-я группа 1,11<1,20<1,37 0,73<0,91<1,17 0,31<0,37<0,51 0,37<0,38<0,39

*- в таблице приведены значения медиан выборок и соответственно 0,25 и 0,75 процентиль

У женщин в период до 74 лет количество неорганической серы изменяется мало, однако и в КК и ГК в период после 74 лет выявлено достоверное снижение сульфатов практически втрое. Сравнение содержания сульфатов в костной ткани мужчин и женщин показало, что в период 22-35 лет в КК мужчин содержится меньше неорганической серы, чем в КК женщин. Такая же картина наблюдается и в период 60-74 года. В период после 74 лет у мужчин происходит нарастание содержания неорганической серы, а уженщин, как уже отмечалось, снижается.

Для характеристики углеводсодержащих соединений костной ткани мы попытались оценить изменения индексов, характеризующих, на наш взгляд, состояние гли-козаминогликанов (ГАГ) - УК/ГА, сульфатированных ГАГ-Э0427ГА, и гликопротеинов/протеогликанов - гексозы/УК. Так, коэффициент УК/ГА в КК незначительно нарастает с течением возраста, в основном за счет роста содержания УК. Разделение КК по Л.И. Слуцкому, Д.В. Косягиной [4] показало, что с возрастом увеличивается содержание фракции, содержащей ГАГ и снижается содержание фракции, содержащей длинноцепочечные ГАГ, слабосвязанных с коллагеном. Основываясь на этих данных, можно предположить, что происходит нарастание гликозаминог-ликановых цепей, связанных с коллагеном, за счет увеличения содержания в них гексуроновой кислоты.

Отмечено также, что повышается и содержание сульфатированных ГАГ в костной ткани у мужчин с возрастом. У женщин в возрасте до 74 лет нарастает содержание сульфатированных ГАГ, но после 74 лет отмечено значительное снижение коэффициента сульфаты/ГА. На наш взгляд, сульфатная сера, входящая в состав неорганического матрикса, находится в прямой зависимости с суль-фатированными ГАГ, т.е. чем больше сульфатов в минеральном матриксе, тем больше сульфатированных ГАГ и наоборот. Некоторые авторы связывают сульфатирован-ные ГАГ с механизмами минерализации [8; 9]. Их роль заключается в захвате пространства, которое впоследствии должно стать костью. Кроме этого ГАГ способны удерживать некоторое количество воды, которая влияет на прочностные характеристики кости.

Кроме того, учитывая кислотно-основную природу углеводных компонентов, можно констатировать, что при неизменном количестве гексозаминов, обладающих основными свойствам, происходит увеличение количества уроновых кислот. Можно предполагать, что в результате таких изменений с возрастом происходит закисление интерстициальной жидкости. При уменьшении рН увеличивается растворимость фосфата кальция и вымывание его из костной ткани, что приводит к уменьшению прочности кости.

80

вестник кгу, 2006. №4

Заключение. Нами показано, что содержание уроновых кислот накапливается с возрастом мужчин и женщин. Это происходит из-за увеличения гликозаминогли-кановых агрегатов, связанных с коллагеном. В свою очередь содержание ГА не изменяется с возрастом, однако увеличивается сульфатированность ГАГ. Такие изменения приводят к изменению состава кости у пожилых людей и, как следствие, изменяются ее прочностные характеристики.

Список литературы

1. Балаба Т.Я. Исследование обмена углеводсодержащих биополимеров в соединительной ткани детей с врожденными пороками развития скелета / Т. Я. Балаба, Р. В. Меркурьева и Н. Н. Нефедьева// Ортопедия, травматология и протезирование. -1977. -№9. -С. 49-55.

2. Десятниченко К. С. Биохимические исследования зрелой костной ткани и дистракционного регенерата кости (информационное письмо). -Курган, 1992. -С. 13.

3. Семенова Л.К. Исследования по возрастной морфологии за последние пять лет и перспектива их развития //Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. - 1986. - № 11. - С. 80-85.

4. Симхович Б.З. Молекулярная гетерогенность коллагена кожи белых крыс в раннем постнатальном периоде // Вопр. мед. химии. -1982. -Т. 28. -Вып. 4. - С. 110.

5. Слуцкий Л.И. Биохимия нормальной и патологически измененной соединительной ткани. - Медицина: Ленингр. отделение, -1969. -С. 239.

6. Bitter F. A modified uronik acid carbazole reaction // Analyt. biochem. -1962. -Vol. 4. - P. 330

7. Elson J.A. Colorimetric method fathe determination of glucosamine and chondrosamine // Biochem Y. -1933. -№ 27. -P. 1824-1830.

8. Prince C. W. Metabolism of rat bone proteoglycans in vivo // Biochem J. -1983. -№216. -P. 589-596.

9. Prince C.W. Yncorporation of [35S] sulfate into glycosaminoglycans by mineralized tissues in vivo // Biochem J. -1984. -№224. -P. 941-945.

10. Holt C. The method for the determination of serum glycoproteins // Klin. Wschr. -1954. -Vol. 35. - P. 66.

М.В. Стогов

ФГУН «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

РАННИЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦАХ МЫШЕЙ ПРИ АНТИОРТОСТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время для изучения изменений, происходящих в тканях опорно-двигательного аппарата при гравитационной разгрузке, широко применяются модификации модели вывешивания - антиортостатической нагрузки [5]. Такая модель создает стрессовое воздействие умеренной силы, и в хроническом эксперименте позволяет моделировать состояния, сопровождающиеся развитием остеопороза, мышечной дистрофии и т.д. [6]. В связи с этим внимание исследователей, как правило, привлекают изменения, происходящие в тканях при длительных сроках эксперимента, что не дает возможности судить о характере ранних адаптивных реакций на данный вид стресса. Между тем не вызывает сомнений то обстоятельство, что запуск подобных ранних метаболических реакций является основой для реализации последующих сложных процессов адаптации к гравитационной разгрузке. На основании этого цель настоящего исследования -изучение ранних метаболических изменений в скелетных мышцах при антиортостатической нагрузке.

1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты были проведены на 24 белых беспородных мышах-самцах. 6 мышей составили интактную груп-

пу, а 18 мышей были подвергнуты антиортостатической нагрузке в течение 30, 60 и 120 минут по 6 животных на каждый срок соответственно. С помощью хирургического зажима фиксировали участок кожи у основания хвоста. Инструмент закрепляли таким образом, чтобы угол между дорсальной осью тела и дном аквариума составлял 45 градусов. Мыши во время эксперимента имели свободный доступ к воде и корму. После эксперимента мышей декапити-ровали, выделяли мышцы бедра и приготавливали саркоп-лазматическую вытяжку на 0,03М растворе KCl, нерастворимые белки и остатки ткани осаждали центрифугированием. В полученном надосадке определяли активность ферментов: лактатдегидрогеназы (ЛДГ), креатинкиназы (КК), глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФДГ), супероксиддис-мутазы (СОД), каталазы, а также концентрацию продуктов гликолиза - молочной (МК) и пировиноградных кислот (ПВК) и конечный метаболит перекисного окисления липидов -малоновый диальдегид (МДА). Осадок промывали 0,3М раствором KCl, что позволяло получить растворимую фракцию сократительных белков - миозина и актина - не растворимых в растворах с низкой ионной силой.

Активность КК, ЛДГ, а также концентрацию МК определяли на анализаторе Stat Fax 1904 Plus (США), используя наборы фирмы Vital Diagnostic (Санкт-Петербург). СОД в ткани определяли спектрофотометрически. За единицу активности СОД принимали количество фермента, необходимого для 50% ингибирования реакции восстановления нитросинего тетразолия. Ферментативную активность Г6ФГД определяли по методу Ф.Е. Путилиной [3], каталазу по М.А. Королюку с соавт. [2]. Активность тканевых энзимов рассчитывали на белок, который определяли по Лоури. Содержание МДА находили по реакции с тиобарбитуровой кислотой [6]. Концентрацию ПВК определяли по методу Umbright в модификации Бабаскина [1]. Электрофорез ЛДГ проводили на системе Paragon фирмы Beckman&Coulter (США) с использованием реактивов и пластин этой же фирмы.

Для оценки достоверности различий полученных результатов с интактной группой использовали непараметрический W - критерий Вилкоксона для несвязанных выборок. Данные представлены в виде медианы, 25-го и 75-го процентиля.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ

Обобщенные результаты проведенного нами исследования представлены в табл.1.

Как видно из таблицы, содержание общего белка саркоплазмы и сократительных белков, а также активность ЛДГ и КК в течение первых 120 минут вывешивания статистически значимо относительно интактной группы не изменялось. При этом, однако, имелась тенденция к росту активности КК за счет увеличения степени варьирования данного показателя у мышей в зависимости от времени вывешивания.

К 30-й минуте вывешивания достоверно снижалась активность каталазы, Г6ФДГ и концентрация МК. Через 60 минут эксперимента активность ферментов антиокси-дантной защиты - СОД и каталазы была статистически значимо ниже значений интактных животных. В ткани также увеличивалась концентрация МДА, МК, снижался уровень ПВК. Активность Г6ФДГ на этом сроке уже превышала значения нормы.

Через 120 минут проведения пробы активность каталазы была ниже, чем в интактной группе, в скелетных мышцах накапливались МК и МДА.

Интересные изменения происходили в изофермен-тном спектре ЛДГ Как было показано выше, ее активность в ткани мышей в течение двух часов вывешивания