Abstract: Известно, что длительные космические полеты негативно влияют на гемопоэз и гомеостаз костной ткани. Животные уже давно используются в качестве моделей для оценки физиологических изменений, наблюдаемые в результате воздействия различных неблагоприятных факторов. Информация, полученная в ходе исследований на животных, значительно расширила наши знания об адаптации человека во время космических полетов. В перспективе межпланетных экспедиций актуальность данных, полученных в наземных моделях, воссоздающих эффекты факторов космического полета, неоспорима. Целью работы был анализ морфологии и элементного состава костной ткани бедренных костей мышей линии С57Bl/6 после 30 суточного антиортостатического вывешивания. Полученные результаты показывают, что после вывешивания содержание фосфора и кальция достоверно снижаются по сравнению с контролем (p≤0,01), при этом коэффициент корреляции между кальцием и фосфором остается практически линейным (0,9924 в опыте и 0,9885 в контроле). Соотношение кальция к фосфору значительно снижается в опыте (с 1,87 до 1,72, p≤0,01). При этом после вывешивания достоверно уменьшалась площадь костной ткани поперечного среза диафиза и костномозгового канала (p≤0,05). Таким образом, после 30 суток антиортостатического вывешивания снижалось содержание основным минеральных элементов костной ткани, что может быть одной из причин нарушения гомеостаза костной ткани, приводящего уменьшению объема костной массы, наблюдаемого после длительных космических полетов. Ключевые слова: микрогравитация, костная ткань, рентгеновский микроанализ, антиортостатическое вывешивание, мыши линии С57Bl/6. Известно, что длительные космические полеты негативно влияют на гемопоэз и гомеостаз костной ткани. В ближайшем будущем дальность и продолжительность космических полетов будут только увеличиваться. Несмотря на присутствие человека в космосе с середины 20 века, мы до сих пор не до конца понимаем причины физиологических изменений, в том числе вызванных микрогравитацией, которые мы наблюдаем у космонавтов и астронавтов [1,2]. Животные уже давно используются в качестве моделей для оценки физиологических изменений, наблюдаемые в результате воздействия различных неблагоприятных факторов. Информация, полученная в ходе исследований на животных, значительно расширила наши знания об адаптации человека во время космических полетов. Так, например, данные, полученные после космических полетов грызунов, демонстрируют уменьшение массы минерализованной ткани, увеличение жировой ткани в костном мозге, снижение количества остеобластов при сохранении числа остеокластов, угнетение периостального ремоделирования в трубчатых костях [3, 4]. Кроме того, показано снижение минерализации костей, особенно длинных трубчатых, уменьшение количества остеобластов и их активности при сохранении или увеличении числа остеокластов и появлении ранних предшественников остеокластов [4,5]. В перспективе межпланетных экспедиций актуальность данных, полученных в наземных моделях, воссоздающих эффекты факторов космического полета, неоспорима. Показано, что вывешивание приводит к снижению костной массы задних конечностей мышей [6,7]. После 14 суток антиортостатического вывешивания крыс наблюдалось уменьшение костной массы и остеобластов [8]. При антиортостатическом вывешивании в скелете мышей показаны отрицательный баланс кальция и уменьшение плотности костной ткани, наблюдаемые у космонавтов [9]. Целью нашей работы был анализ морфологии и элементного состава костной ткани бедренных костей мышей линии С57Bl/6 после 30 суточного антиортостатического вывешивания. Для морфологической характеристики костной ткани были взяты образцы бедренных костей, фиксированных в 10% нейтральном забуференном формалине. Гистологическое исследование проводилось на поперечных декальцинированных срезах диафизов бедренной кости после заливки в парафин и окраски гематоксилином и эозином. Декальцинация образцов проводилась трихлоруксусной кислотой. Кости промывались в 96 %-м спирте в течение 3 – 4 дней, с ежедневной сменой. Для получения тонких срезов декальцинированные образцы заливали парафином по схеме Волковой-Елецкого. Полученные срезы помещали на предметное стекло окрашивали гематоксилином и эозином, заключали в канадский бальзам и накрывали покровным стеклом. Анализ полученных срезов проводили на световом фазово-контрастном микроскопе (Nikon Eclipse TiU, Япония) в проходящем свете. Определяли площадь костной ткани и площадь костномозгового канала с помощью программы Sigma Scan Pro 5 (SPSS, США). Для осуществления рентгеновского микроанализа фиксированные и обезвоженные фрагменты костей области диафиза монтировали на углеродной подложке сканирующего электронного микроскопа JEOL JCM-7000 (Япония), оснащенного спектрометром с дисперсией по энергиям. Для получения гомогенной поверхности, необходимой для проведения количественного анализа, образцы приклеивали с помощью цианакрилатного клея. Предварительный анализ образцов клея показал отсутствие каких-либо химических элементов кроме углерода и кислорода. Далее образцы затачивались и полировались с ориентацией по длине кости. При работе использовали встроенное программное обеспечение микроскопа SmileView Lab, позволяющее получать количественные данные о содержании химических элементов с применением метода ZAF коррекции, в результате чего результаты представлялись в виде массовых процентов каждого из присутствующих в образцах элементов. Для оценки гомогенности распределения химических элементов перед сбором спектров для количественного анализа проводили спектральное картирование каждого элемента. На каждом образце собирали спектры из 20 участков при идентичных условиях (ускоряющее напряжение 15 кВ, время сбора 100 сек., рабочее расстояние 12 мм). Визуализация образцов при проведении количественного рентгеновского микроанализа проводилась в режиме вторичных электронов без использования какого-либо напыления. В компактном веществе кости кальций и фосфор были распределены гомогенно. Распределение представляло собой поточечное отображение концентраций кальция или фосфора в массовых процентах по площади анализа. Учитывая гомогенность распределения количественный анализ содержания кальция и фосфора в дальнейшем проводили в 20 выбранных областях компактного вещества. Полученные результаты показывают, что после вывешивания содержание фосфора и кальция достоверно снижаются по сравнению с контролем (p≤0,01), при этом коэффициент корреляции между кальцием и фосфором остается практически линейным (0,9924 в опыте и 0,9885 в контроле). Соотношение кальция к фосфору значительно снижается в опыте (с 1,87 до 1,72, p≤0,01). При этом после вывешивания достоверно уменьшалась площадь костной ткани поперечного среза диафиза и костномозгового канала (p≤0,05). Таким образом, после 30 суток антиортостатического вывешивания снижалось содержание основным минеральных элементов костной ткани, что может быть одной из причин нарушения гомеостаза костной ткани, приводящего уменьшению объема костной массы, наблюдаемого после длительных космических полетов.

Cite: Маркина Е.А. , Ездакова М.И. , Буравков С.В.
Влияние 30-суточного антиортостатического вывешивания на гомеостаз костной ткани бедренной кости костей мышей
ХLVIII Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королева и других выдающихся отечественных ученых – пионеров освоения космического пространства 23-26 янв. 2024