Анотація до роботи:

Літовка І.Г. Адаптивна перебудова кісткової тканини при дефіциті навантаження та механізми її відновлення під впливом дозованої гіпоксичної стимуляції. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 – фізіологія людини і тварин. Інститут фізіології ім.. О.О.Богомольця НАН України, Київ, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню адаптивної перебудови кісткової тканини при дефіциті навантаження та механізмів її відновлення під впливом дозованої гіпоксичної стимуляції. В роботі наведено результати досліджень фізіологічних, біохімічних і морфологічних показників стану кісткової тканини щурів за умов дефіциту навантаження. Здійснено перевірку різних режимів корекції негативних наслідків обмеження рухливості та розвантаження задніх кінцівок за допомогою штучних газових сумішей зі зниженим Ро₂. Встановлено, що гіпокінезія у молодих щурів протягом 28 та 45 діб у атмосферному повітрі ініціює процес адаптивної перебудови зі зменшенням маси кісткової тканини. Показано, що у крові тварин підвищується концентрація паратиреоїдного гормону, зростає активність лізосомальних ферментів, підвищується концентрація глікозаміногліканів, що свідчить про посилення функціональної активності остеокластів. У дорослих щурів гіпокінезія 28 та 45 діб у атмосферному повітрі підвищує активність кислої фосфатази на 60,5%, тартратрезистентної кислої фосфатази на 56,4%, концентрацію глікозаміногліканів сироватки крові на 219,6%, що свідчить про послаблення зв’язків у системі глікозаміноглікани-колаген-гідроксиапатит. У дорослих щурів гіпокінезія в атмосферному повітрі протягом 45 діб виявляє менш виразні зміни стану кісткової тканини, ніж у молодих тварин, що можна розглядати як ознаку більш стабільної регуляції процесів ремоделювання кісток у дорослому організмі. Встановлено, що аксіальне розвантаження задніх кінцівок щурів в атмосферному повітрі викликає негативні зміни фізіологічних і біохімічних маркерів ремоделювання кісткової тканини, аналогічно тому, що спостерігається в умовах гіпокінезії та реальної мікрогравітації. В умовах обмеження рухливості та періодичного дихання газовою сумішшю зі зниженим Ро₂ (91±8 мм рт.ст.) у молодих щурів виявлено високу ступінь збереження нормального стану кісткової тканини. У субпопуляції молодих щурів з високою фенотиповою руховою активністю в умовах дихання гіпоксичною газовою сумішшю 45-добове обмеження рухливості викликало більш виразні зміни стану кісткової тканини, порівняно із тваринами з низькою руховою активністю. Відновлюючий вплив гіпоксичної газової суміші виявився більш ефективним у тварин з високою спонтанною руховою активністю. Показано, що у механізмах розвитку остеопенії бездіяльності значну роль відіграє підвищення концентрації паратиреоїдного гормону, який ініціює активацію остеокластів (зростання активності кислої і тартратрезистентної кислої фосфатази, гіалуронідазної активності), та обмеження функції остеобластів (зниження активності лужної фосфатази в кістковій тканині, підвищення концентрації глікозаміногліканів і С-термінальних пропептидів І типу у сироватці крові). Преадаптація до гіпоксії позитивно впливає на стан кісткової тканини дорослих щурів після наступного впливу жорсткої гіпокінезії. Вперше показано, що оптимальні стабілізуючі стан кісткової тканини впливи виявлено при співвідношенні періодів дереоксигенація-реоксигенація 10/10 та 10/20 хвилин, коли тваринам з розвантаженням задніх кінцівок надано найбільшу кількість повторних циклів змін рівня Ро₂. Вперше показано, що одним із провідних механізмів стабілізації стану кісткової тканини при остеопенії бездіяльності під впливом дозованої гіпоксії може бути підвищення ступеня структурного зв’язку між глікозаміногліканами і колагеновими волокнами в ділянках активної продукції кристалів гідроксиапатиту. Періодичний вплив дихання газовою сумішшю з помірно зниженим Ро₂ при оптимальному співвідношенні тривалості періодів деоксигенації-реоксигенації та загальної інтенсивності гіпоксичної стимуляції, може бути одним із біофізичних чинників комплексу профілактичних засобів попередження та корекції проявів остеопенії бездіяльності у осіб з малорухомим способом життя, недостатнім обсягом фізичних навантажень або у реальних умовах мікрогравітації.

1. В роботі наведено результати досліджень фізіологічних, біохімічних і морфологічних показників стану кісткової тканини за умов дефіциту навантаження. Здійснено аналіз механізмів розвитку остеопенії бездіяльності, експериментальну перевірку різних режимів попередження і корекції негативних наслідків обмеження рухливості та розвантаження задніх кінцівок за допомогою штучних газових сумішей зі зниженим Ро₂.

2. Встановлено, що обмеження рухливості у молодих щурів протягом 28 та 45 діб у атмосферному повітрі активує процес адаптивної перебудови зі зменшенням маси кісткової тканини. У крові тварин підвищується концентрація паратиреоїдного гормону, зростає активність лізосомальних ферментів, підвищується концентрація глікозаміногліканів, що свідчить про посилення функціональної активності остеокластів та розвиток процесів редуктивної адаптації.

3. Показано, що обмеження рухливості у дорослих щурів протягом 28 та 45 діб у атмосферному повітрі підвищує активність кислої фосфатази на 60,5%, тартратрезистентної кислої фосфатази на 56,4%, концентрацію глікозаміногліканів сироватки крові на 219,6%, що свідчить про послаблення зв’язків між органічним та неорганічним матриксом кісткової тканини у системі глікозаміноглікани-колаген-гідроксиапатит.

4. У дорослих щурів обмеження рухливості в атмосферному повітрі протягом 45 діб спричиняє менш виразні зміни стану кісткової тканини, ніж у молодих тварин, що є ознакою більш стабільної регуляції процесів ремоделювання кісток у дорослому організмі.

5. Аксіальне розвантаження задніх кінцівок щурів в атмосферному повітрі викликає істотні зміни фізіологічних і біохімічних маркерів ремоделювання кісткової тканини, аналогічно тому, що спостерігається в умовах гіпокінезії та реальної мікрогравітації.

6. Періодичне дихання молодих щурів з обмеженням рухливості газовою сумішшю зі зниженим парціальним тиском кисню (Ро₂ = 91±8 мм рт.ст.) забезпечує високий ступінь збереження нормального стану кісткової тканини.

7. У субпопуляції молодих щурів з високою фенотиповою спонтанною руховою активністю в умовах періодичного дихання гіпоксичною газовою сумішшю 45-добове обмеження рухливості викликало більш виразні зміни стану кісткової тканини, порівняно із тваринами з низькою спонтанною руховою активністю. Відновлюючий вплив гіпоксичної газової суміші виявився ефективнішим у тварин з високою спонтанною руховою активністю.

8. У механізмах розвитку остеопенії бездіяльності значну роль відіграє підвищення концентрації паратиреоїдного гормону, який ініціює активацію функцій остеокластів (зростання активності кислої і тартратрезистентної кислої фосфатази, гіалуронідазної активності), та відносне послаблення життєдіяльності остеобластів, про що свідчить зниження активності лужної фосфатази в кістковій тканині, підвищення концентрації глікозаміногліканів і С-термінальних пропептидів І типу у сироватці крові.

9. Преадаптація дорослих тварин в умовах дозованої гіпоксії протягом двох тижнів позитивно впливає на стан кісткової тканини після наступного впливу обмеження рухливості.

10. Порівняння ефективності різних режимів впливу дозованої нормобаричної гіпоксії на щурів з розвантаженням задніх кінцівок виявило чіткі стабілізуючі стан кісткової тканини саногенні впливи при співвідношенні періодів деоксигенації-реоксигенації 10/10 та 10/20 хвилин.

11. Провідним механізмом стабілізації стану кісткової тканини при остеопенії бездіяльності після впливу дозованої гіпоксії може бути підвищення ступеня структурного зв’язку між глікозаміногліканами і колагеновими волокнами в ділянках активної продукції кристалів гідроксиапатиту, про що свідчать нормалізація активності лужної фосфатази, концентрації глікозаміногліканів і С-термінальних пропептидів І типу.

12. Періодичне дихання газовою сумішшю з помірно зниженим парціальним тиском кисню при оптимальному співвідношенні тривалості періодів деоксигенації та реоксигенації і дозованій інтенсивності гіпоксичної стимуляції, може бути одним із біофізичних елементів комплексу профілактичних засобів попередження та корекції проявів остеопенії бездіяльності при малорухомому способі життя, недостатньому обсягу фізичних навантажень або у реальних умовах перебування хребетних у стані невагомості.