Динамика накопления биогенных макро-и микроэлементов в костной ткани собак в постнатальном онтогенезе и в условиях чрескостного дистракционного остеосинтеза

Актуальность проблемы. В настоящее время одну из наиболее актуальных проблем здравоохранения составляют метаболические остеопатии. Усугубляют значимость заболеваний тяжесть социально-экономических последствий, к которым приводит патология опорно-двигательной системы. Переломы, связанные с минимальной травмой, не только являются специфическими проявлениями остеопорозного процесса, по и определяют физические, моральные и экономические потери больного и общества в целом. При этом наиболее тяжелые последствия связаны с переломами бедренной кости, при которых показатели смертности, инвалидности и стоимости медицинского лечения выше, чем при других, вместе взятых, видах переломов (Ершова О.Б., Семенова О. В., 2003). Предполагается, что увеличение народонаселения и продолжительности жизни до 80 лет приведет к середине XXI века к троекратному возрастанию частоты переломов во всем мире (Cooper С., Campion G., 1992), так как к этому возрасту существенная потеря костной массы, в том числе ускоренная деминерализация костей — серьёзный фактор риска. Однако, вопреки расхожему мнению, остеопороз — проблема не только людей пожилого возраста. Так как остеопороз определяется как сравнение индивидуальной минеральной плотности кости со средними значениями пиковой костной массы у людей молодого возраста, можно сказать, что предпосылки к развитию остеопороза закладываются еще во время внутриутробного развития, в период формирования скелета, и в детском возрасте (Щеплягина JI.A., Моисеева Т. Ю., 2003; Беневоленская Л. И., 1998). Причиной детской остеопении также служит и наследственно детерминируемый фосфат-диабет. За последние 10−12 лет замечен рост остеохондропатий головки бедренной кости — болезни Пертеса, приводящих к детской инвалидности (Крысанов В.О., 2006).

Особенностью лечения ортопедо-травматологических больных в Российской Федерации является достаточно длительное время пребывания в стационаре, поэтому проблема сокращения сроков восстановления целостности костей при их переломах и послеоперационной реабилитации остается одной из основных в травматологии и ортопедии.

Для решения существующих проблем необходимо глубокое понимание сущности патогенеза того или иного заболевания опорпо-двигателы-юй системы. Причина любого органического или функционального расстройства скелета кроется не только в как таковом морфологическом нарушении, но и на уровне биохимического обмена, взаимодействии субклеточных молекулярных структур ткани. Важнейшими структурными составляющими костной ткани являются остеотроппые макрои микроэлементы. Исследование метаболизма макроэлементов при регенерации кости и патологических состояниях вскрыло важные закономерности и особенности их накопления в костной ткани. На данный момент известно, что именно минеральный матрикс ответственен за сложную архитектуру кости. Наряду с этим до последнего времени существует очень мало сведений о роли микроэлементов в обмене костной ткани, и изучение данной проблемы является целесообразным хотя бы потому, что и макроэлементы, и микроэлементы выполняют важнейшие функции в организме в целом, являясь как регуляторами, так и непосредственными составляющими макромолекулярпых участников биоорганических взаимодействий живого организма: ферментов, гормонов, нуклеиновых кислот, белков и других биополимеров.

Патологию опорпо-двигателы-гой системы невозможно попять, не учитывая метаболизма биогенных элементов, так как кость — это многофункциональная анатомическая составляющая, скелет — это основное депо минеральных соединений, обеспечивающее стабильный водно-солевой обмен. Более того, многие исследователи последних лет видят причины целого ряда заболеваний скелета именно в дисбалансе микроэлементов в организме в целом, то есть в так называемом микроэлементозе (Авцын А.П., Жаворонков А. А. и др., 1991). Изучение динамики накопления макрои микроэлементов в онтогенезе позволило бы расширить представления о роли микроэлементов при репаративпой регенерации кости. Для понимания потребности клеточных структур кости в минеральных веществах па различных стадиях остеорепарации необходимо чёткое представление о сложных синергических или антагонистических взаимодействиях элементов.

После периода накопления цепных, но недостаточно систематизированных фактов, появилась необходимость изучения содержания макрои микроэлементов в норме, исследование динамики накопления их с возрастом, а также выявление особенностей колебания концентраций в условиях травмы.

Факт накопления отдельных микроэлементов в скелете с возрастом имеет немаловажное значение, так как замена этими микроэлементами ионов кальция в кристаллической решётке оксиапатита ведёт к утрате механической прочности кости, её ломкости и хрупкости. Поэтому изучение обмена микроэлементов в костной системе в геронтологичсском аспекте имеет большое значение для понимания сущности происходящих метаболических процессов. Между тем, литература по данному вопросу представлена главным образом по данным количественного содержания микроэлементов в костной системе человека и экспериментальных животных на стадии эмбрионального и раннего постэмбриоггального периода и в очень малой степени освещает вопросы обмена микроэлементов в условиях физиологической и особенно репаративной регенерации кости. В связи с этим была поставлена следующая цель исследования.

Цель исследования. Определить взаимозависимость изменения содержания биогенных макрои микроэлементов в костной ткани собак в процессе онтогенеза и в период созревания дистракционпого регенерата.

Задачи исследования:

1. Исследовать содержание биогенных макрои микроэлементов в компактной кости взрослых здоровых собак: кальция, магния, натрия, калия, железа, меди, никеля, кадмия и марганца.

2. Изучить динамику накопления биогенных элементов в онтогенезе и исследовать взаимосвязь накопления отдельных микрои макроэлементов в костной ткани собак.

3. Исследовать изменение макрои микроэлемептпого состава костной ткани экспериментальных животных в условиях чрескостного дистракционного остеосинтеза в контрлатеральной конечности и в сегментах оперированной конечности.

4. Провести сравнительный анализ динамики процессов аккумулирования и выведения катионов макрои микроэлементов в онтогенезе и при регенерации кости.

Положения, выносимые на защиту:

1. Накопление биогенных элементов в костной ткани здоровых собак в процессе онтогенеза происходит взаимосвязано: между парами элементов калий-натрий, кальций-натрий, железо-никель, медь-никель, марганец-магний, кадмий-медь существует сипергический характер соотношения, между парами элементов кальций-магний, железо-медь, железо-кальций — антагонистический.

2. Максимальная скорость накопления макрои микроэлементов обнаружена в первые 2 месяца жизни животного. Зрелый регенерат и костная ткань взрослых здоровых животных содержат одинаковое количество макроэлементов, в то время, как концентрации микроэлементов достоверно различны.

Объекты исследования.

Работа выполнена па базе лаборатории биохимии Государственного учреждения «Российский научный центр „Восстановительная травматология и ортопедия“ имени • академика Г. А. Илизарова». В качестве объектов исследований служили беспородные собаки (87 животных). Материалом исследования являлась костная ткань, выделенная из голепи животных.

Новизна исследования. Впервые выявлено, что наибольшее накопление биогенных макроэлементов в костной ткапи собак происходит в возрасте от О до 2-х месяцев. Также обнаружено, что содержание кальция в костной ткани собак увеличивается до периода половозрелости, затем проявляется тенденция к его снижению. Впервые показано, что количества калия и натрия в онтогенезе снижаются от возраста 4 месяца до периода выраженных старческих изменений, а минимум концентрации магния обнаружен у половозрелых животных, в дальнейшем с возрастом концентрация магния достоверно возрастает в 2 раза. Впервые при исследовании содержания микроэлементов в костной ткани собак в онтогенезе обнаружено уменьшение концентрации меди и кадмия в периоде от 0 до 2-х месяцев, а затем её увеличение. Впервые найдено, что содержание никеля и железа возрастает к 2-х месячному возрасту и остаётся неизменным до половой зрелости. Также показано, что количество марганца значительно возрастает к 2-м месяцам жизни животного, и затем после 6-и месячного возраста снижается. Впервые показано, что независимо от содержания на ранних сроках созревания дистракционного регенерата к 7-му месяцу после окончания дистракции концентрация макроэлементов соответствует таковой в кости здоровых животных, а количество микроэлементов па данном сроке достоверно отличается от нормального, и продолжает изменяться.

Практическое значение, область внедрения.

В комплексе оценены изменения элементного состава неорганического матрикса костной ткани здоровых половозрелых собак в течение жизни. Полученные данные позволяют судить о потребности организма в условиях травмы как в макро-, так и в микроэлементах. Экспериментально обнаружен недостаток ряда микроэлементов в условиях репаративпой регенерации кости. Показано, что по окончании дистракции в контрлатеральной и костных отломках оперированной конечности происходят изменения состава неорганического матрикса костной ткани, сходные с таковыми в дистракционпом регенерате. Экспериментально обосновано сходство динамики изменений содержания магния, натрия, калия, железа, кадмия и марганца при созревании регенерата и в онтогенезе, а также обратный характер накопления элементов кальций, никель и медь.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 12 печатных работ в республиканских и областных изданиях, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК — 2 работы.

Объём и структура: диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследований, заключения, обсуждения полученных данных, выводов, списка литературы, включающего 172 работ (из них 91 отечественных, 81 зарубежных) — изложена на 137 страницах машинописного текста, иллюстрирована 36 рисунками и 7 таблицами. Диссертационная работа выполнена по плану НИР РНЦ «ВТО» им. акад. Г. А. Илизарова (номер гос. регистрации 01.2.003.16.067).

ВЫВОДЫ.

1. У здоровых половозрелых собак количество биогенных элементов в костной ткани составляет: кальций — 55,64г%, магний — 1,76 г%, натрий 0,41 г%, калий — 0,115 мг%, железо — 0,016 мг%, медь — 1,109 мг%, никель — 0,088 мг%, кадмий 6,552 мкг%, марганец 0,026 мг%.

2. Наибольшее накопление биогенных макроэлементов в костной ткани собак происходит в периоде от 0 до 2-х месяцев и составляет для кальция 1529%, магния — 431%, натрия — 1667%, калия более чем в 700 раз. Содержание кальция в костной ткани собак увеличивается до периода половозрелости, затем имеет тенденцию к снижению. Количества калия и натрия в онтогенезе снижаются от возраста 4 месяца до периода выраженных старческих изменений. Минимум концентрации магния обнаружен у половозрелых животных, после чего концентрация магния достоверно возрастает в 2 раза.

3. При исследовании содержания микроэлементов в костной ткани собак в онтогенезе обнаружено уменьшение концентрации меди и кадмия в периоде от 0 до 2-х месяцев на 50±9%. Затем происходит увеличение их концентрации в 2−4 раза. Содержание никеля и железа возрастает к 2-х месячному возрасту на 30 и 38% соответственно и остаётся неизменным. Затем концентрация железа к периоду выраженных старческих изменений уменьшается в 6 раз. Количество марганца возрастает в 32−35 раз к 2-м месяцам жизни животного, и затем после 6-и месячного возраста снижается в 2,5 раза.

4. В костной ткани здоровых собак в процессе онтогенеза обнаружен антагонистический характер взаимоотношений между следующими парами биогенных элементов: кальций-магний, железо-медь, железо-кальций. В костной ткани здоровых собак в процессе онтогенеза обнаружен синергический характер взаимоотношений между следующими парами биогенных элементов: калий-натрий, кальций-натрий, кадмий-медь, железо-никель, медь-никель, марганец-магний.

5. По окончании дистракции в контрлатеральной и костных отломках оперированной конечности происходят изменения состава неорганического матрикса костной ткани, сходные с таковыми в дистракционном регенерате.

6. Независимо от содержания на ранних сроках созревания дистракционного регенерата к 7-му месяцу после окончания дистракции концентрация макроэлементов соответствует таковой в кости здоровых животных. Количество микроэлементов на данном сроке достоверно отличается от нормального, и продолжает изменяться.

7. Динамика изменений содержания магния, натрия, калия, железа, кадмия и марганца при созревании регенерата и в онтогенезе совпадаетдля элементов кальций, никель и медь характерна обратная динамика накопления. Различия состоят в величине скоростей аккумулирования и выведения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Изучение неорганического состава костной ткани, в частности содержания в них макрои микроэлементов значительно обогащает фактическими данными теоретическую и практическую биохимию. Всё разнообразие информации, получаемой в процессе экспериментальных наблюдений, группируется вокруг двух больших проблем учения о минеральном составе костной ткани: динамика колебаний количеств макрои микроэлементов в онтогенезе и при регенерации. Сведения о накоплении или выведении того или иного элемента в определённом возрасте прежде всего помогут в решении вопроса о конкретном взаимоотношении элементов и органических компонентов костной ткани, с тем, чтобы установить, какие элементы активируют или ингибируют те или иные вещества, насколько специфично действие элементов. В свою очередь, широкое применение метода чрескостного дистракционного остеосинтеза в ортопедической практике требует более глубокого изучения молекулярных основ этого метода. Знания о количественном неорганическом составе регенерируемых тканей в сопоставлении с составом костей в норме позволит раскрыть потребности восстанавливающегося организма в тех или иных неорганических компонентах микронутриентов. Учитывая, что кость — это самая высокоминерализованная ткань организма, являющаяся при этом и минеральным депо, и структурной составляющей, то целенаправленное включение в рацион питания тех или иных макрои микроэлементов, в составе биологически активных добавок либо иным путём, возможно, снимет напряжённость обмена вещества организма в потребности определённых элементов при остеогенезе в условиях репаративной регенерации, таким образом ускорив созревание регенерата. В связи с этим изучение процессов накопления макрои микроэлементов в костях в онтогенезе и их изменение в условиях удлинения конечности являлось целью проведенных нами исследований.

Исследование было выполнено на 84 животных, в число которых входили интактные животные в возрасте от новорождённых до периода выраженных старческих изменений — 37 животных, а также экспериментальные животные в условиях чрескостного дистракционного остеосинтеза — 47 животных. Объектом изучения являлась костная ткань, выделенная из голеней интактных животных, а также контрлатеральных конечностей, регенерата и костных отломков оперированных конечностей экспериментальных животных. Исследовали изменение макрои микроэлементного состава неорганической фазы кости в онтогенезе и в динамике удлинения конечности.

Исследование динамики содержания макроэлементов в костной ткани показало, что накопление кальция у животных особенно интенсивно происходило в первые месяцы жизни. Так, у новорождённых щенков количество кальция достоверно ниже, чем у половозрелых животных. По сравнению с новорождёнными животными, ко второму месяцу жизни у животных концентрация кальция в костях достоверно возрастала более, чем на порядок, однако продолжала оставаться достоверно ниже количества кальция у половозрелых собак. Полученные данные согласуются с приведёнными в литературе, в частности Антонов и др. указывали на наибольшую величину прироста скелетного кальция у молодых активно растущих крыс (Антонов С.Г., Смородина Т. П., 1978). Дальнейшее повышение концентрации кальция в костной ткани собак наблюдалось до половозрелого возраста, достигая максимального значения 55,64 г%. По данным Bauer G. C (1956), прирост кальция у взрослых животных значительно ниже, чем у молодых, что совпадает с результатами наших исследований. Нами у старых животных отмечено достоверное снижение содержание кальция до 39,68 г%.

Динамика накопления магния была более плавной. Так, у новорождённых обнаружено содержание магния 2,05 г%. К 2-м месяцам количество магния возрастало до 8,83 г% и имело достоверно большее значение, чем у половозрелыхк четырём месяцам количество магния несколько снижалось, однако продолжало оставаться достоверно выше уровня содержания у половозрелых. В дальнейшем происходило постепенное снижение концентрации магния до 1,67 г% у взрослых животных. Однако у старых животных достоверно зафиксировано двукратное увеличение концентрации магния. У половозрелых животных соотношение кальций: магний составляло 33:1, что отличается от нормы по Громовой О. А. (2002), принятой 55:1.

Накопление калия на ранних сроках происходило также скачкоообразно, значительно возрастая от новорождённых, где отмечены следовые количества калия, до четырёхмесячных животных, но уже у следующей возрастной группы отмечено снижение содержание калия. На всех указанных сроках концентрация калия была достоверно выше уровня содержания у половозрелых, равного 0,115 мг%. Тенденция к постепенному снижению сохранялась до периода выраженных старческих изменений.

Схожая динамика была обнаружена при анализе натрия. У новорождённых животных отмечено достоверно меньшее количество натрия, чем у половозрелых. К двухмесячному возрасту происходил скачок в содержании натрия от 0,3 до 0,50 г%, и с этого возраста в дальнейшем отмечалась тенденция к постепенному снижению количества натрия в костях, до 0,28 г% у старых.

Сравнивая динамику изменения количеств макроэлементов в ходе анализа состава костей животных всех упомянутых возрастных сроков, можно отметить следующую особенность: рост уровня минерализации костной ткани особо интенсивно протекал в самом раннем возрасте, а именно в течение первых двух месяцев жизни. Первоначально низкая степень минерализации костного вещества, очевидно, объясняется разобщённостью ядер кристаллизации гидроксиапатита, располагающихся изолированными группами между фибриллами и по периферии коллагеновых волокон, центральная часть которых остается наименее минерализованной. Слияние центров кальцификации приводит к полной минерализации костного матрикса.

Очевиден антагонистический характер совокупного депонирования кальция и магния. В раннем возрасте накопление кальция и магния происходило с положительным градиентом, в возрастном интервале от взрослых животных к старым ситуация менялась на противоположную: 8С/С кальция принимал отрицательное значение, а для магния положительное. Мы склонны здесь видеть причину в том, что магний является структурным конкурентом кальция в неорганическом матриксе кости, и может замещать кальций в кристаллической решётке гидроксиапатита. У молодых животных вклад конкурентных отношений несущественену взрослых животных костная ткань с высокой степенью минерализации, и этот антагонизм принимает более выраженные формы: когда протекает потеря кальция, магний, находящийся в интрацеллюлярной жидкости, может вновь встраиваться в гидроксиапатит в виде гидрата окиси.

Накопление натрия и калия в костях динамически сходно: резкий рост содержания натрия и калия наблюдался в интервале от новорождённых до двухмесячных животных. Это явление может быть следствием потребности развивающейся ткани в натрие и калии как регуляторах химиоосмоса. Интересно отметить, что у старых животных снижено количество того и другого элемента, так как сам процесс старения клеток — это тенденция к выравниванию концентраций протонов в интраи экстрацеллюлярном объёме.

В динамике изменения содержания микроэлементов в онтогенезе прослеживались следующие тенденции. Так, количество кадмия у новорождённых обнаружено достоверно ниже, чем у половозрелых, при этом продолжало снижаться к двухмесячному сроку. В возрасте 4-х и 6-и месяцев уровень кадмия также оставался достоверно ниже уровня у половозрелых. К половозрелому возрасту количество кадмия повышалось до 6,552 мкг% и практически оставалось постоянным до старости. Несмотря на то, что на всех возрастах количество меди остаётся достоверно ниже, чем у половозрелых животных, следует обратить внимание на два пика подъёма концентраций: пренатальный возраст 0,283 мг% и половозрелый 1,109 мг%, что согласуется с рядом одних работ (Скоблин А.П., Белоус A.M., 1968) и не совпадает с другими наблюдениями (Белан М.Г., 1964).

Наибольшее увеличение содержания марганца нами обнаружено у молодых животных. От новорождённого возраста, где содержание марганца достоверно ниже половозрелых, наблюдался рост до двухмесячного возраста при содержании 0,069 мг% - достоверно превышающем таковое у половозрелых животных. В дальнейшем количество марганца существенно не изменялось до 6-и месяцев. К половозрелому возрасту количество марганца достоверно уменьшалось до 0,026 мг% и в дальнейшем с возрастом имеет тенденцию к снижению.

Количество никеля достоверно возрастало в три раза от новорождённого к двухмесячному возрасту до 0,077 мг%, и затем находилось в течение молодого возраста на примерно одном уровне, постепенно достигая макимума и достоверно возрастая к половозрелому возрасту до 0,088 мг%.

Количество железа возрастало в двухмесячному возрасту до 0,127 мг%, и в дальнейшем имело устойчивую тенденцию к снижению, к половозрелому возрасту достоверно снижалось до 0,016 мг%. С данным наблюдением согласуются данные Скоблина А. (Скоблин А.П., Белоус A.M., 1968), однако к периоду выраженных старческих изменений нами замечено некоторое повышение содержания железа. Наши результаты несколько отличались от результатов других исследователей. Согласно литературным данным, в диафизе лучевой кости взрослых кроликов по спектрографическим данным железа содержится 3,6мг% (Белоус A.M., 1961). В костной ткани озёрной лягушки исследователем Рузиной Н. Е. (2001) было обнаружено 8,17−11,23 мг% железа.

Выявленное нами параллельное накопление железа и никеля — редкий пример синергизма между микроэлементами, когда дефицит одного влечёт за собой дефицит другого. Возможно, никель сопутствует метаболизму железа в целом, будучи кофактором неидентифицированного биолиганда, связывающего железо, или участвуя в ферментном механизме восстановления железа (Nielsen F.H., 1988). По мнению Шудина В. (2005), в некоторых случаях можно наблюдать синергизм действия никеля и меди, так как никель неким образом влияет на усвоение меди. В нашем случае такая тенденция прослеживалась в интервале начиная от шести месяцев, затем в половозрелом возрасте, и в некоторой степени в старом.

В отношении меди и железа нами был отмечен антагонистический характер их накопления, т. е., до тех пор, пока накопление железа осуществлялось интенсивно (в возрастном интервале от новорождённых к двухмесячным), содержание меди стабильно снижалось с количественным градиентом. Большинство исследователей принимают позицию их конкурентного отношения, кроме того, в литературе найдены данные, указывающие на свойство железа понижать содержание меди в тканях (Cousins R.J., 1985).

В целом ряде работ рассматривается роль металлотионеина как регулятора физиологического антагонизма между медью и кадмием, а также с другими металлами. В нашем случае мы наблюдали синхронное накопление меди и кадмия с незначительным отрицательным градиентом в раннем возрасте, и уже несколько отличающееся при переходе к половозрелым животным, для меди до 160% и кадмия до 387%.

Нами была обнаружена синхронная динамика накопления между марганцем и магнием в возрастном интервале от двухмесячных животных к половозрелым. Данное явление может быть причиной того, что магний, вступая во взаимодействие с фосфатными остатками субстратов, включается в состав этого фермента вместо марганца ввиду близости химических свойств.

В раннем возрасте количество железа и кальция возрастало с высокой скоростью. В возрасте от 2-х до 6-и месяцев существенного изменения количества железа и кальция не происходило, к половозрелому возрасту наблюдался максимум концентрации кальция в костной ткани, а значит, и наиболее интенсивные процессы всасывания, количественный градиент накопления железа приобретал отрицательные значения. Обратное явление обнаруживалось при переходе к периоду выраженных старческих изменений, когда количество кальция уменьшалось и наблюдался положительный рост содержания железа. Такая динамика может быть следствием конкурирующих отношений вполне устойчивого в биологической среде двухвалентного железа и кальция за места в кристаллической решётке оксиапатита. В литературе найдено значительное количество результатов клинических исследований, показывающее наличие железодефицитной анемии в случае повышенного и избыточного поступлении кальция в организм с пищей (Hallberg L., Rossander-Hulthen L., 1993; Ших E.B., 2006). Но причины этого явления большинство авторов объясняют ещё на уровне всасывания, конкуренцией этих элементов за транспортные белки. Однако следует учитывать тот факт, что регуляция депонирования железа, как и других микроэлементов, в том числе и в костной ткани, осуществляется путём изменений во всасывании. Так, одним из ингибиторов всасывания железа является фосфат кальция. Таким образом, антагонизм железа и кальция опосредованно присутствует и в процессе накопления их в костях.

С целью изучения в условиях удлинения конечности по методу чрескостного дистракционного остеосинтеза динамики накопления биогенных макрои микроэлементов в костных отломках и регенерате была исследована II серия экспериментального материала. Животные этой серии были разделены на группы в соответствии со сроками эксперимента.

Согласно полученным данным, изменение содержания кальция в процессе созревания регенерата происходило с возрастанием до срока 1 месяц после снятия аппарата и не имеет достоверных отличий от состава костных отломков и контрлатеральной конечностиот срока эксперимента 3 месяца после снятия аппарата концентрация кальция начинала постепенно снижаться, хотя существенно не менялась. В зрелом регенерате содержание кальция снижалось до 45,10 г%. В отломках и в контрлатеральной конечности замечены противоположные тенденции на стадии от окончания фиксации до зрелого регенерата. Так, в костных отломках отмечено повышение концентрации от стадии окончания фиксации до окончания эксперимента. В контрлатеральной конечности напротив наблюдалось снижение от 1 месяца фиксации до зрелого регенерата.

Схожая тенденция обнаружена и в динамике колебаний количества магния. От стадии окончания фиксации наблюдалось примерно двукратное снижение содержания магния. В костных отломках в срок 1 месяц фиксации количество магния было достоверно выше, чем в регенерате, однако при сроке 1 месяц без аппарата не наблюдалось достоверных различий между составом регенерата, отломков и контрлатеральной конечности. К окончанию эксперимента зафиксировано синхронное снижение концентрации во всех изученных участках ткани, при этом также отсутствуют достоверные отличия.

Натрий в регенерате накапливался от стадии окончания фиксации до срока 1 месяц без аппарата, достигая значения 0,41 г%. В костных отломках и контрлатеральной конечности на этом этапе эксперимента происходили аналогичные процессы, но количество натрия было значительно выше. В целом, максимум содержания натрия приходился именно на стадию 1 месяц после снятия аппарата. По окончании эксперимента замечено существенное снижение во всех изученных участках и не обнаружено достоверных отличий в составе регенерата, костных отломков и контрлатеральной конечности.

Накопление калия имело динамические сходства с натрием, несмотря на существенное отличие в концентрации. На стадии окончания фиксации не обнаружено достоверных отличий состава регенерата от костных отломков и контрлатеральной конечности. В регенерате от стадии окончания фиксации до срока 1-го месяца без аппарата шёл рост содержания калия от 0,885 мг% до 1,881 мг%. Те же тенденции наблюдались в отломках и в контралтеральный конечности: синхронный рост количества калия до срока 1 месяц без аппарата. На сроке 3 месяца после снятия аппарата происходило синхронное уменьшение количества калия во всех изученных участках ткани. В зрелом регенерате концентрация калия снижалась и составляла 0,398 мг% и достоверно не отличалась от концентрации этого элемента в отломках и в регенерате.

В ходе эксперимента количество железа в регенерате имело чёткую тенденцию к снижению. Если на стадии 1-го месяца фиксации концентрация железа достоверно превышала содержание этого элемента в костных отломках и в контрлатеральной конечности, то к сроку 1 и 3 месяцев без аппарата два процесса — накопление в отломках и снижение в регенерате — приводили к отсутствию достоверных отличий в данных участках по составу. На этих сроках эксперимента концентрация железа в контрлатеральной конечности оставалась очень низкой. В отломках обнаружено некоторое повышение количества железа на сроке 1 месяц после снятия аппарата, после чего проиходило равномерное уменьшение количества железа в этом сегменте. К окончанию эксперимента наблюдалось существенное снижение содержания железа в оперированной конечности, и достоверных отличий по содержанию железа между оперированной и контрлатеральной конечности не найдено.

Для меди характерно снижение содержания с ходом созревания регенерата во всех исследованых участках. Выведение меди из зоны регенерации было более интенсивно, чем в остальных изученных сегментах. Так, на стадии окончания фиксации количество меди находилось примерно на одном уровне в оперированной и контрлатеральной конечности. Однако к сроку 1 месяц без аппарата концентрация меди в регенерате снижалась и была примерно в два раза ниже, ¦ чем в отломках и в три по сравнению с контрлатеральной конечностью. После этого процессы выведения меди становились интенсивнее в отломках и неоперированной конечности и приводили к отсутствию достоверных отличий по составу на стадии окончания эксперимента.

Концентрация никеля в оперированной конечности в процессе регенерации достигала максимума величины на сроке 1 месяц без аппарата, составляя 0,092 мг% в регенерате. В костных отломках количество никеля достигало значения 0,2 мг% на данном сроке. В контрлатеральной конечности снижение концентрации наблюдалось от срока 1 месяц без аппаратав оперированной — 3 месяца без аппарата. По окончании эксперимента исследования показали снижение содержания никеля как в оперированной, так и в контрлатеральной конечности, и достоверных отличий между ними обнаружено не было, хотя тенденция к большему количеству никеля в отломках сохранялось.

Содержание кадмия в процессе регенерации в оперированной и контрлатеральной конечности подвергалось общим тенденциямснижение от стадии окончания фиксации до срока 1-го месяца без аппарата и в дальнейшем некоторое повышение к окончанию эксперимента. Наиболее интенсивно данный процесс проходил в зоне регенерата: сначала снижение от 16,838 мкг% на более, чем на порядок, затем повышение до 6,129 мкг%. Несколько менее нтенсивные процессы происходили в костных отломках — примерно пятикратное снижение содержания кадмия к сроку 3 месяца после снятия аппарата, и затем рост к окончанию эксперимента. На стадии окончания эксперимента не было обнаружено достоверных отличий по составу между изученными сегментами оперированной и контрлатеральной конечности.

Накопление марганца в регенерате характеризовалось примерно трехкратным снижением от окончания фиксации до срока 1 месяц после снятия аппарата. Параллельно с этим процессом происходило постепенное накопление марганца в костных отломках. В контрлатеральной конечности количество марганца изменялось несущественно, однако при этом обнаружено некоторое повышение содержания марганца на сроке 1 месяц после снятия аппарата. К стадии окончания эксперимента содержания марганца в изученных сегментах оперированной и в контрлатеральной конечности приходило к уровню 0,02 мг% и не имело достоверных отличий по составу.

Проведен сравнительный анализ изменения содержания элементов у здоровых и оперированных животных, который позволил выявить различия в динамике минерализации здоровой кости и восстанавливающейся.

В то время как кальцификация нормально растущей кости с возрастом увеличивалась, при регенерации положительный градиент обнаружен только в интервале от стадии 1 месяца фиксации до 1 месяца после снятия аппарата. Скорости выведения магния в процессе роста (регенерации) примерно одинаковы лишь на первом возрастном интервале. В интактной кости с возрастом скорость выведения магния увеличивалась более, чем в два разав регенерате же напротив этот процесс замедлялся. В то время, как скорость выведения натрия в интактной кости фактически не изменялась на всех возрастных интервалах, колебания скорости накопления натрия в регенерате претерпевали существенные изменения: положительный градиент в первом возрастном интервале и столь же значительная скорость выведения в последующих. Различия между интактной костью и регенератом относительно изменения содержания калия состоят лишь в большей динамичности в условиях регенерации процессов аккумулирования (в первом возрастном интервале) и выведения (во втором и третьем). Следует обратить внимание, что несмотря на схожие тенденции в динамике, скорость выведения железа в регенерате заметно превышала эту величину у здоровых собак, т. е. этот процесс был более интенсивен. У взрослых собак и к моменту созревания регенерата количественный градиент железа имел отрицательные значения, но интенсивность выведения этого элемента у интактных животных была более выражена. Количественный градиент изменения содержания меди в регенерате на всех интервалах отрицателен, и скорость выведения постепенно снижалась, в возрастном интервале от 1 месяца после снятия аппарата до зрелого регенерата примерно -40%. Напротив, в интактной конечности с возрастом интенсивность накопления существенно увеличивалась, от 4-х месяцев до взрослых депонируясь со скоростью около 160%. С течением процесса регенерации скорость накопления никеля сначала существенно снижалась, а на последнем возрастном интервале был отмечен отрицательный количественный градиент со значением -220%, т. е. интенсивное выведение никеля. В интактной конечности динамика была иной: несущественная скорость выведения в возрастных интервалах от 2-х до 5-и месяцев, а затем положительный градиент изменения содержания. Можно отметить некоторую общность в динамике изменения содержания кадмия в онтогенезе и в условиях регенерации. Так, на первых двух возрастных интервалах происходило увеличение скорости накопления кадмия, при это в регенерате этот процесс гораздо более интенсивный.

Дифференциальная кривая позволяет обнаружить общность динамики изменения содержания марганца на разных возрастных интервалах. Обращает на себя внимание большая интенсивность изменения скорости накопления и выведения данного элемента в условиях регенерации.

По мнению ряда авторов (Воронцова М. А., Лиознер Л. Д., 1957; Попова Л. А., Чебаненко Н. И., 2001), процесс регенерации с позиций морфологии — это есть аналог процесса онтогенеза. Следовательно, биологические структурно-регуляторные функции остеотропных элементов в условиях регенерации кости, по-видимому, сохраняются. Как было описано выше, у некоторых из них отмечена схожая динамика в процессе костного гистогенеза. Однако всё это не даёт повода утверждать, что сохраняется и взаимозависимость путей обмена элементов, ведь процесс регенерации не является изолированными влияние как рядом стоящих костных сегментов — первичного депо минеральных регуляторно-структурных компонентов костной ткани, так и всех систем организма будет несомненно сказываться на биохимических изменениях в регенерате и наоборот.

Корреляционный анализ позволил обнаружить, что в регенерате существенно снижалась сила корреляционных взаимодействий между кальцием и магнием, а также с натрием. В сочетании с тем наблюдением, что скорости накопления кальция и магния в регенерате не имели столь существенных различий по сравнению с таковым в онтогенезе, можно сделать вывод о значительном снижении степени конкурирования между кальцием и магнием, относительно же кальция и натрия можно предположить, что эти элементы в регенерате накапливались независимо. В случае с калием и натрием, напротив, можно отметить увеличение силы корреляционных взаимодействий в эксперименте. Вклад в такое изменение очевидно, закреплён за калием, т.к. количественный градиент натрия в онтогенезе и эксперимента был примерно одинаков, для калия в эксперименте скорость выведения была меньшей.

Отсутствие корреляции при регенерации отмечено и между марганцем и магнием. Данное явление вызвано функционированием марганца в средних и поздних сроках регенерации в большем количестве, чем в онтогенезе. Такие же изменения в силе корреляционных взаимодействий присутствуют в отношениях меди и кадмия, и здесь детерминирующая роль принадлежит, с одной стороны, возрастанию количественного градиента кадмия на средних сроках эксперимента, а с другой стороны, уменьшению количества меди в процессе регенерации.

Обращает на себя внимание изменение силы корреляционных взаимодействий железа с кальцием и медью. В отличие от онтогенетического процесса, где кальций и железо проявляли антагонистические отношения, в регенерате содержание этих элементов изменялось взаимосвязанно, и вклад в данное явление принадлежит кальцию, а именно снижение его концентрации после пика на стадии 1 месяц после снятия аппарата, хотя и с меньшей скоростью, чем для железа. Что касается межэлементных отношений железа и меди при регенерации, то здесь прямая корреляция обусловлена увеличением содержания меди в процессе созревания регенерата.