МОРФОЛОГИЯ КОСТНОХРЯЩЕВОЙ ТКАНИ ГОЛОВКИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ
advertisement
ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2005, ¹ 6 (44) УДК 616.718.41:616092.9 Ï.Ô. Ïåðåñëûöêèõ, Ë.Â. Ðîäèîíîâà, Â.Í. Ôåä÷èøèí, Â.Ð. Äóáåøêî МОРФОЛОГИЯ КОСТНОХРЯЩЕВОЙ ТКАНИ ГОЛОВКИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ В ОНТОГЕНЕЗЕ ЗОЛОТИСТЫХ ХОМЯЧКОВ, БЕЛЫХ КРЫС И ЧЕЛОВЕКА НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН (Иркутск) Цель работы – выявить вид грызунов, у которых развитие проксимального конца бедренной кости было бы близко к таковому у человека, то есть заканчивалось бы сращением головки и диафиза. Для 152 Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2005, ¹ 6 (44) достижения цели проведено гистологическое изучение бедренных костей 2 видов грызунов: золоти! стые хомячки (24 шт.), белые крысы (26 шт.) и кости 4 плодов человека. При сравнении морфологи! ческой картины развития их бедренных костей было выявлено, что динамика ее формирования у хомяков стоит ближе к онтогенезу ее у человека, так как заканчивается сращением головки и шейки бедра. Это позволяет осуществить изучение заболеваний, связанных с расстройством функций эпифизарной пластинки, способствующих развитию хондроостеодисплазий. Ключевые слова: головка бедра, ростковая пластинка MORPHOLOGY OF OSTEOCHONDROUS FEMORAL HEAD IN ONTOGENESIS OF GOLDEN HAMSTER, WHITE RATS AND A HUMAN P.F. Pereslitskikh, L.V. Rodionova, V.N. Phedchishin, V.R. Dubeshko SC RRS ESSC SB RAMS, Irkutsk The aim of the study was to identify species of rodents in which the development of proximal end of femoral bone was close to that in human being, i.e. ended up by union of the head and diaphysis. To achieve this goal we carried out histological study of femoral bones of two species of rodents: golden hamster (Mesocricetus auratus) (24 animals), white rats (26 animals) and bones of 4 human fetuses. Comparison of morphology of femoral bone development revealed that dynamics of its formation in hamsters is closer to its ontogenesis in humans as it ends up by union of head and neck of femur. All this makes possible to study the diseases connected with disturbed functions of epiphysial plate promoting osteochondrodysplasia development. Key words: femoral head, growth plate В связи с необходимостью моделирования раз ных заболеваний скелета, в частности, эпифизарных дисплазий в области бедра, следует знать состояние хряща эпифизов в разные возрастные периоды жи вотных, чтобы сравнить их с аналогичными участка ми растущей кости у человека. Кроме того, необхо дим выбор животных, у которых развитие элементов тазобедренного сустава по характеру формирования приближалось бы к таковому у человека; выбор, ко торый был бы экономически менее затратным, как и менее длительным по времени. Известно, что человек относится к млекопита ющим с недостаточно зрелым скелетом при рож дении [7]. Эволюционно это явление отмечено и у более ранних видов животных, например, у гры зунов, плотоядных млекопитающих [2]. Но суще ствуют животные и с более зрелым скелетом при рождении, например, представители мелкого и крупного рогатого скота, свиньи и т.д. [1]. Для них характерно наличие костных ядер в эпифизах длинных костей в период внутриутробного разви тия или в ближайшие дни после рождения. В то же время в каждом отряде млекопитаю щих, например, грызунов, можно выделить живот ных, у которых при рождении и после него степень зрелости скелета выражена больше, чем у других животных этого отряда, например, кролик и заяц, крыса и хомяк и т.д. Но независимо от вида животных и особенно стей развития скелета головка бедра всегда «запаз дывает» по степени своего развития от эпифизов других костей животных и особенно человека. Учитывая изложенное, для сравнения зрелос ти скелета в разные периоды онтогенеза были изу чены бедренные кости некоторых грызунов: золо тистых хомяков, белых крыс, а также человека. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ В исследовании использовано 24 хомяка, 26 белых крыс и бедренные кости 4 плодов человека. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ После эвтаназии грызунов в разном возрасте передозировкой паров эфира выполняли вычле нение костей таза. Их помещали на 7 дней в 10% раствор нейтрального формалина. После декаль цинации, обезвоживания и заливки в целлоидин делали срезы, которые окрашивали гематоксили номэозином и заключали в канадский бальзам. Изучение срезов осуществляли с помощью мик роскопической насадки при об. 8, ок. 15. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ У новорожденного хомячка длина бедренной кости равна 6 мм. Центральная часть ее диафиза со стоит из костной ткани, к концам прилегает хряще вая ткань, ограниченная снаружи кортикальными пластинками. От внутренних сторон концов корти кальных пластинок веерообразно расходятся ров ные слои хондроцитов, формирующих ростковую пластинку толщиной до 0,5 мм, в которой отмечено начало появления столбчатой зоны. Ниже этой зоны пластинки роста лежит зона гипертрофиро ванных клеток, то есть пузырчатая зона. Еще ниже лежит зона хрящевых клеток, подвергающихся апоптозу и замещению костными балками. Выше столбчатой зоны ростковой пластинки хондроци ты расположены вначале ровными продольными слоями, затем – несколько хаотично группами и поодиночке. У суставной поверхности они вновь образуют ровные продольные слои. Здесь же вид на круглая связка длиной 0,4 мм. Она представлена параллельными рядами плоских вытянутых клеток. Над ростковой пластинкой в центре головки высотой 0,7 мм и шириной 1,2 мм лежит овальная «полость» площадью 0,2 × 0,3 мм (рис. 1). Она пред ставлена слабо базофильными клетками диамет ром до 30 мкм. Эти немногочисленные клетки ок ружены слоями мелких клеток. Бледная окраска гипертрофированных хондроцитов на фоне мел ких базофильных клеток и создает картину «по лости» в головке бедра над ростковой пластинкой. 153 ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2005, ¹ 6 (44) Спустя 3 дня после рождения форма головки бедра становится более округлой, имеет высоту 0,85 мм и ширину 1,3 мм. Морфологически струк тура тканей головки почти повторяет таковую в день рождения. Наряду с этим отмечено удлине ние круглой связки до 0,7 мм, а ее косое располо жение относительно поверхности головки и впа дины говорит о перемещении головки относитель но центра впадины. Клетки круглой связки стали более округлыми, лежат ровными рядами и про никают в толщу хряща. Над верхней поверхнос тью ростковой пластинки виден очаг светлых ги пертрофированных хондроцитов, образующих «полость» площадью 0,1 × 0,25 мм (рис. 2). На 5 день в центре головки над ростковой пла стинкой отмечено наличие светлой «полости» и образование вокруг нее ободка из клеток, склон ных к гипертрофии. Если «полость» состоит из клеток диаметром до 20 мкм, в ободке их диаметр около 12 мкм, при длине клеток, лежащих выше ободка до 8 мкм. На 7 день отмечено дальнейшее увеличение размеров головки, а также ее клеток независимо от места их локализации. Спустя 14 дней высота головки равна 1,2 мм, ширина – 1,8 мм. Ее основная площадь занята крупными клетками. К ней сверху прилегает обо док шириной до 0,3 мм, состоящий из мелких кле ток. Прилегающая к ним круглая связка содержит ровные ряды овальных клеток и имеет длину до 1,1 мм. Она лежит в косой плоскости, что говорит о продолжающемся ее смещении относительно пер вичной точки крепления во впадине и приближе нии ее к поперечной связке впадины. Над ростко вой пластинкой в центре головки лежит овальная «полость» площадью 250 × 350 мкм (рис. 3), в кото рой видны светлые клетки с сохраненными оболоч ками. Толщина ростковой пластинки равна 0,3 мм. Из них высота спокойной зоны – 50 мкм, столбча той – 150 мкм, пузырчатой – 100 мкм. С 15 по 24 день после рождения отмечено даль нейшее увеличение площади гипертрофирован ных клеток вокруг «полости», образованной свет лыми гипертрофированными хондроцитами. На 25 день отмечено врастание сосудистой почки в головку бедренной кости со стороны боль шого вертела. От «полости» из светлых хондроци тов начинают отходить вдоль ростковой пластин ки узкие светлые каналы к краям головки. Она содержит «полость» диаметром 350 мкм (рис. 4), в которой лежит базофильно окрашенная масса с наличием в ней межклеточных перегородок дли ной до 50 мкм, что говорит об аутолизе гипертро фированных клеток, так как около них не отмече но наличия макрофагов. Спустя 26 дней в головке видна «полость» ди аметром 0,3 мм, лежащая над ростковой пластин кой высотой 1,5 и шириной 2,5 мм. Толщина обод ка гипертрофированных клеток вокруг нее уве личивается. На одном из срезов видна «полость» и сосудистая почка, лежащие поверх ростковой пластинки. 154 На 27 день в головке видна «полость» диаметром до 0,2 мм. К ней со стороны большого вертела поверх ростковой пластинки движется ростковая почка. Через 4 недели после рождения у края сустав ной полости над ростковой пластинкой в зоне мик роциркуляторной сети, идущей со стороны боль шого вертела, видны тонкие костные балочки, формирующие костное ядро и занимающие 2/3 площади головки. На другом срезе этого же пре парата костное ядро распространяется вдоль всей длины ростковой пластинки. В возрасте месяца высота головки бедра хомя ка равна 1,5 мм, ширина – 2,6 мм. Вокруг костно го ядра гипертрофированные клетки образуют ободок толщиной 0,4–0,6 мм. При этом в нем мож но выделить 3 слоя клеток: поверхностный – тол щиной до 50 мкм, состоящий их мелких клеток. Ниже лежит слой толщиной до 100 мкм, состоя щий из крупных округлых клеток, и непосред ственно вокруг костного ядра лежит слой наибо лее крупных хондроцитов, подвергающихся апоп тозу и замещению костной тканью. У особи в возрасте 40 дней головка бедренной кости имеет высоту 1,05 мм, ширину – 2,8 мм и со стоит в основном из губчатой костной ткани, покры той суставным хрящом толщиной до 200 мкм. В цен тре головки, лежащей на пластинке роста, видна полость диаметром до 0,5 мм. В нее от ростковой пла стинки врастает участок хряща в виде выступа вы сотой до 0,3 мм. Он окружен слоем крупных клеток, отделяющих выступ от костного ядра (рис. 5). В возрасте 2 мес. головки представлены костной тканью, состоящей из костных балок разной толщи ны и костномозговых полостей разной площади, за полненных кроветворным костным мозгом. Голов ка покрыта суставным хрящом толщиной 100 мкм. В последующие 9–12 мес. в головках не выяв лено «полостей», так как хрящевая ткань полнос тью вытеснена костной тканью. Динамика развития бедренной кости у белых крыс, в частности строение и кровоснабжение ее верхнего конца в онтогенезе изложена в ряде ра бот автора [4, 5]. Однако в них не детализировано состояние хряща до периода появления костного ядра в головке бедра, что требует дополнительно го описания структуры головки в связи с вновь поставленными задачами. У новорожденных крысят головки бедер ок руглые, состоят из гиалинового хряща. На срезах он представлен мелкими клетками, равномерно распределенными по всей головке. Она лежит на ростковой пластинке, включающей спокойную, столбчатую и пузырчатую зоны. Для них характер но плотное расположение клеток. В последующие 14 дней отмечено увеличение головки. Клетки ее сохраняют небольшой диаметр, но ближе к ростковой пластинке они склонны к его увеличению. На 16 день жизни в центральной области го ловки над ростковой пластинкой отмечено появ ление разрозненных клеток диаметром 15 мкм. Они окружены мелкими хондроцитами. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2005, ¹ 6 (44) Рис. 1. Рис. 2 Рис. 3. Рис. 4. Рис. 5. На 17–18 дни жизни в центре головки виден участок площадью 0,3 × 0,5 мм, представленный округлыми гипертрофированными клетками диа метром до 20 мкм. Вокруг них расположены пооди ночке и изогенными группами мелкие хондроциты. Через 28–35 дней головка представлена ги пертрофированными клетками, равномерно рас пределенными почти по всей поверхности среза, за исключением краевой зоны, где идет формиро вание суставного хряща. Гипертрофированные клетки лежат почти по всей поверхности вдоль Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ Рис. 1–5. Формирование «светлых полостей» в головках бедренных костей золотистых хомячков: рис. 1 – новорожденный хомячок, рис. 2 – в возрасте 3 дней, рис. 3 – 14 дней, рис. 4 – 25 дней, рис. 5 – 40 дней. Стрелка указывает наличие «светлой полости». Окраска гематок силинэозином. Ув. ×40. ростковой пластинки толщиной 400–450 мкм. В этот же период отмечен рост сосудов, идущих из диафиза в эпифиз, где они входят в зону гиперт рофированных клеток. Через 75 дней после рождения в головке бед ренной кости, как правило, появляются небольшие участки костной ткани, располагающиеся над ро стковой пластинкой толщиной до 140 мкм. Спустя 3 мес. после рождения головка почти вся состоит из губчатой кости, покрытой сустав ным хрящом высотой 150 мкм. 155 ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2005, ¹ 6 (44) Рис. 6. Рис. 7. Рис. 6–7. Сосуды в головке бедра плода человека 14 (рис. 6) и 38 недель (рис. 7): А – сосуды, Б – пластинка роста. Окраска гематоксилинэозином. Ув. ×40. В возрасте животных 6–18 мес. головка в виде полумесяца покрывает поверхность шейки и име ет высоту 2 мм и ширину 3,6 мм. Она лежит на пла стинке роста, уменьшающейся с 140 мм до 80– 90 мкм, состоящей из клеток диаметром 15– 20 мкм. Исследование препаратов плодов человека в возрасте 14, 26, 28 и 38 недель [6] показало, что в центральной зоне диафиза лежит участок костной ткани, к его концам прилежит хрящевая ткань. В области прилежания хрящ имеет зону пузырчатых клеток, затем идет столбчатая зона, далее клетки расположены хаотично и переходят в зону округ лой головки бедра. По всей площади хряща верх него конца бедренной кости и у входа круглой связки в хрящ видны сосуды. При входе в хрящ из перихондра и в толще хряща они имеют разный диаметр и длину, при этом вокруг них нет гиперт рофированных хондроцитов (рис. 6). По ходу со судов клетки хряща лизированы на толщину диа метра сосудов независимо от их диаметра. Нали чие гипертрофированных клеток выявлено лишь в ростковой пластинке диафиза. В возрасте плода 38 недель ростковая плас тинка все еще остается общей для всех элемен тов растущего эпифиза: вертелов, шейки и го ловки. Общей для всех элементов эпифиза рос тковая пластинка остается и некоторое время после рождения ребенка. В этот период пластин ку роста пересекают сосуды, идущие из диафи за в эпифиз (рис. 7). Исходя из этой картины можно сделать вывод, что в плодный период только наличие сосудов не определяет возмож ность развития костного ядра в головке бедра. Наличие других факторов остеогенеза, кроме сосудов, после рождения плода и появление ко стного ядра в головке бедра определяет возмож ность стимулировать остеогенез воздействием физических факторов до момента сращения эпифиза с диафизом бедра у человека, которое происходит у него в 17–20 лет [3], у хомяков – в 2,5 мес., а у крыс отсутствует. 156 ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ Анализ данных проведенных исследований позволяет отнести хомяков к животным, у кото рых зрелость скелета при рождении более высо кая, чем у крыс. Это основано на более раннем появлении у них: очага гипертрофированных кле ток в головке бедра, врастания сосудов в нее из диафиза, формирования костного ядра в головке бедра и ее сращения с диафизом. Очаг гипертро фии клеток в головке бедра у крыс появляется спу стя 2,5 недели после рождения, а не сразу, как у хомяков. Это же относится и к костному ядру го ловки. У хомяков оно определяется через месяц, у крыс – через 2,5 мес. после рождения, у человека через 5–8 мес. и более. Основным отличием в зре лости головки бедра между крысами и хомяками заключается в том, что у хомяков, как и у челове ка, происходит сращение головки с диафизом бед ра, а у крыс пластинка роста сохраняется на всю ее жизнь. Это не позволяет использовать крыс для моделирования хондроостеодисплазий, так как отсутствие сращения головки с шейкой не позво ляет проследить динамику изменений в костной ткани ввиду ее отсутствия в проекции пластинки роста. У хомяков не только происходит сращение головки с шейкой, но происходит это за 2,5 мес., что экономически выгодно. В ходе исследования было также установлено, что сосуды у хомяков проникают в головку бедра из зоны концов кор тикальных пластинок диафиза, у крыс сосуды кро ме этого могут идти через пластинку роста и круг лую связку. У человека сосуды входят в головку, как и у крыс, но в области головки они проникают по всей ее поверхности, не исключая вертелов и шейки. Таким образом, проведенное исследование позволило достичь поставленной цели и обосно вать возможность использования золотистых хо мячков для проведения последующих исследова ний по моделированию эпифизарных дисплазий, что необходимо для профилактики и лечения хон дроостеодисплазий у человека. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ÁÞËËÅÒÅÍÜ ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2005, ¹ 6 (44) ЛИТЕРАТУРА 1. Воккен Г.Г. Основные закономерности око стенения скелета туловища и конечностей домаш них животных / Г.Г. Воккен // Арх. анат. – 1968. – Вып. 7. – С. 8–13. 2. Воккен Г.Г. Степень дифференцированно сти костного скелета у различных грызунов при рождении / Г.Г. Воккен // проблемы современ ной биологии: Издво Моск. унта, 1964. – С. 425–430. 3. Воробьев В.П. Анатомия человека / В.П. Во робьев. – М.: Медицина, 1932. – Т. 1. – 782 с. 4. Переслыцких П.Ф. О взаимосвязи сосудов и костного ядра в головке бедра / П.Ф. Переслыц ких, Т.М. Колбовская // Актуальные проблемы Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ морфологии: Сб. научн. тр. – Красноярск, 2004. – С. 217–218. 5. Переслыцких П.Ф. Строение верхнего кон ца бедренной кости в онтогенезе крыс / П.Ф. Пе реслыцких, Т.М. Колбовская, Л.А. Иванова // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. – Иркутск, 2003. – № 1. – Т. 1. – С. 172–176. 6. Сосуды и ростковая пластинка бедренной кости / П.Ф. Переслыцких, Л.А. Иванова, Н.Г. Ма карова, Л.А. Петрова // Матер. Всероссийского конгресса «Человек и здоровье». – Иркутск, 2004. – С. 142–144. 7. Физиология плода и детей / А.С. Батуев, В.Д. Глебовский, В.А. Жданов, К.П. Иванов и др. – М.: Медицина, 1988. – 224 с. 157
