Белковый состав сыворотки крови экспериментальных животных в условиях имплантации кальцийфосфатных биокомпозитов
Автор: Талашова И.А.
Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii
Рубрика: Оригинальные статьи
Статья в выпуске: 2, 2007 года.
Бесплатный доступ
Изучен белковый состав сыворотки крови экспериментальных животных при имплантации биокомпозиционных кальцийфосфатных материалов различного состава. Установлено, что при использовании имплантационного материала, в состав которого входит органический костный матрикс, повышается содержание белков острой фазы, однако через 6 недель эксперимента все показатели белкового состава крови во всех группах эксперимента возвращались к нормальным значениям.
Имплантация, кальцийфосфатные материалы, биокомпозиты, белки сыворотки крови
Короткий адрес: https://sciup.org/142120995
IDR: 142120995
Текст научной статьи Белковый состав сыворотки крови экспериментальных животных в условиях имплантации кальцийфосфатных биокомпозитов
В новом тысячелетии увеличение продолжительности жизни человека должно стать характерной чертой современного общества. В связи с этим возникает необходимость в решении ряда медико-материаловедческих проблем, в частности, создания материалов для искусственных органов и тканей. Усилия ученых направлены на решение актуального вопроса - выбора такого пластического материала, который бы по прочностным характеристикам и своему составу максимально приближался к костной ткани, которая является, по сути, композиционным материалом на основе ультрадисперсного карбонатсодержащего гидроксиапатита (ГА) и белка коллагена с многоуровневой структурной организацией компонентов [1, 12, 15, 16, 17, 18].
Такими свойствами обладают материалы на основе кальцийфосфатных соединений, которые, в свою очередь, являются основным компонентом неорганического костного матрикса и относятся к группе естественных метаболитов костной ткани [2, 11]. В современной медицине применяются различные кальцийфосфатные материалы, однако остаются неразрешенными вопросы, касающиеся оптимального состава и свойств имплантационных материалов.
В лаборатории биохимии ФГУН «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова» разработаны кальцийфосфатные биокомпозиты [13, 14], в состав которых входят остеоиндуцирующие составляющие: органический матрикс (ОМ) костной ткани крупного рогатого скота (КРС), около 90 % которого составляет коллаген [12], а также полипептидные факторы роста, выделенные из сыворотки крови животных, находящихся на этапе дистракции по методу Г. А. Илизарова, – сывороточные белки (СБ) [5, 6, 7, 10].
Известно, что в случае имплантации материалов, имеющих в своем составе чужеродные вещества белковой природы, велика вероятность отторжения имплантируемых материалов и возникновения аллергических реакций [1, 3, 12]. Поэтому нам представилось актуальным исследование влияния имплантации разработанных материалов на организм экспериментальных животных.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В основу работы положен анализ результатов исследований, полученных в ходе имплантации опытным животным материалов на основе кальцийфосфатных соединений, выделенных из костной ткани КРС. Объектами исследования являлись 35 беспородных собак в возрасте от одного года до трех лет с массой тела 9,9±1,0 кг. Уход и содержание животных осуществлялись в соответствии с требованиями инструкции №12/313 Министерства здравоохранения РФ «Санитарные правила по устройству, оборудованию и содержанию экспериментальных биологических клиник» от 06. 01.73 г. и на основании приказа МЗ СССР № 755 «О мерах по дальнейшему совершенствованию организованных форм работы с использованием экспериментальных животных» от 12.08.77 г.
В ходе исследования у экспериментальных животных в стерильных условиях под внутривенным барбитуровым наркозом создавали дырчатые дефекты в виде усеченных конусов диаметром 5 мм и высотой 7 мм в проксимальном метафизе большеберцовой кости и плеча и заполняли их разработанными композиционными материалами или место созданного дефекта ушивалось без его заполнения (оперативные вмешательства и послеоперационное ведение животных выполнены д.м.н. С. А. Ерофеевым и к. в. н. Н. А. Кононович).
Материалом биохимических исследований являлась кровь экспериментальных животных, взятая венепункцией. Забор крови осуществляли до операции и каждую неделю после операции в течение шести недель.
Экспериментальный материал был распределен следующим образом:
-
1) в первой группе у опытных животных костные дефекты заполняли биокомпозитом, включающим кальцийфосфатное соединение и сывороточные белки – (КФС+СБ);
-
2) во второй группе биокомпозитом, в состав которого входили кальцийфосфатное соединение, сывороточные белки и органический матрикс – (КФС+СБ +ОМ);
-
3) в третьей группе в костные дефекты имплантационные материалы не вносили – группа без имплантации;
Нормальными величинами служили результаты дооперационных исследований экспериментальных животных.
Содержание общего белка в сыворотке крови определяли микробиуретовым методом [8]. Определение белковых фракций осуществляли наборами реагентов “Beckman-Coulter” (США) согласно инструкциям, приложенным к данным наборам.
Полученные результаты исследований были обработаны с помощью методов непараметрической статистики с использованием U-критерия Манна-Уитни для независимых выборок, поскольку наблюдаемые признаки не подчинялись нормальному распределению [4, 9], и представлены в виде медиан значений показателей и интерквартильных размахов. Различия считали значимыми при рU <0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что белки играют решающую роль в клеточной архитектуре, в катализе, в регуляции метаболизма, в сократительных процессах и в реакциях, обеспечивающих высшим организмам защиту от болезнетворных агентов. Белки имеют непосредственное отношение к подавляющему большинству событий на физиологическом уровне [3].
В связи с этим в ходе эксперимента изучался белковый состав сыворотки крови экспериментальных животных как один из показателей течения адаптационных процессов при имплантации различных материалов.
По результатам эксперимента установлено, что у животных первой группы (КФС+СБ) содержание в сыворотке крови общего белка, альбуминов, глобулинов и значение альбу-мин/глобулинового соотношения (А/Г) статистически значимо не отличались от нормальных значений (табл. 1).
Во второй группе (КФС+СБ+ОМ) содержание общего белка в ходе всего эксперимента статистически значимо не отличалось от нормальных значений, но в первые три недели опыта было отмечено значимое снижение содержания альбуминов и повышение содержания α 2 – глобулинов, за счет чего было снижено и аль-бумин/глобулиновое соотношение (табл. 1).
В третьей группе, где созданные костные дефекты не заполнялись имплантационными материалами, через одну неделю после операции наблюдали статистически значимое повышение содержания α2–глобулинов и, соответственно – значимое снижение альбуминглобулинового соотношения. На шестой неделе опыта было отмечено значимое повышение содержания в сыворотке α1–глобулинов, но в данном случае это не привело к статистически значимому снижению А/Г (табл. 1) .
Таблица 1
Белковый состав сыворотки крови экспериментальных животных (медианы значений показателей и интерквартильные размахи)
Срок после операции, недель |
Число наблюдений, n |
Общий белок, г/л |
Альбумины, г/л |
Глобулины, г/л |
А/Г |
Фракции глобулинов, г/л |
|||
a t |
а 2 |
в |
Y |
||||||
Норма |
35 |
69,20 (64,80-75,50) |
38,45 (35,26-41,77) |
30,97 (27,34-35,16) |
1,28 (0,89-1,43) |
3,04 (2,32-5,80) |
8,45 (7,34-9,49) |
12,26 (10,82-14,51) |
6,44 (4,86-8,37) |
Группа КФС + СБ |
|||||||||
1 |
4 |
63,15 (61,60-64,70) |
33,13 (32,97-33,30) |
30,04 (28,34-31,74) |
1,11 (1,04-1,18) |
2,48 (2,31-2,66) |
10,87 (10,41-11,32) |
10,32 (8,26-12,39) |
6,37 (5,37-7,36) |
2 |
4 |
69,40 (68,80-70,00) |
37,20 (36,74-37,66) |
32,23 (32,12-32,34) |
1,16 (1,15-1,16) |
3,23 (3,15-3,30) |
11,10 (10,99-11,21) |
10,96 (10,01-11,90) |
6,95 (5,71-8,19) |
3 |
4 |
64,95 (62,40-67,50) |
34,54 (31,79-37,29) |
30,46 (25,06-35,86) |
1,19 (0,89-1,49) |
3,03 (2,69-3,38) |
10,66 (7,96-13,37) |
10,83 (8,02-13,64) |
5,93 (5,47-6,40) |
4 |
4 |
62,75 (57,85-67,66) |
35,88 (35,65-36,11) |
33,85 (30,23-37,47) |
1,07 (0,95-1,19) |
3,04 (2,80-3,27) |
12,53 (10,15-14,90) |
11,55 (9,03-14,06) |
6,74 (5,24-8,24) |
5 |
4 |
63,19 (61,53-64,85) |
35,85 (33,47-38,24) |
30,09 (26,25-33,93) |
1,22 (0,99-1,46) |
2,87 (2,38-3,35) |
10,61 (9,06-12,16) |
10,21 (7,48-12,93) |
6,41 (5,49-7,33) |
6 |
4 |
62,39 (61,48-63,30) |
36,47 (34,93-38,01) |
31,80 (28,57-35,02) |
1,15 (1,09-1,22) |
2,65 (2,44-2,86) |
11,05 (8,64-13,45) |
11,53 (9,59-13,46) |
6,57 (5,66-7,49) |
Группа КФС + СБ + ОМ |
|||||||||
1 |
4 |
69,95 (69,70-70,00) |
30,24** (26,63-30,38) |
40,99** (39,76-43,15) |
0,76** (0,62-0,77) |
6,92 (2,81-7,14) |
15,34*** (14,77-16,94) |
12,64 (11,83-13,88) |
6,02 (6,02-6,19) |
2 |
4 |
74,80 (72,40-75,50) |
29,51* (26,11-35,83) |
42,86** (40,52-42,94) |
0,69** (0,60-0,89) |
6,22 (2,52-7,97) |
14,31** (12,42-14,48) |
14,37 (14,04-14,46) |
8,18 (8,13-9,23) |
3 |
4 |
75,00 (70,00-77,20) |
35,65 (32,06-36,05) |
38,01* (35,11-41,14) |
0,85* (0,79-0,88) |
3,10 (2,57-3,92) |
11,93** (11,69-13,66) |
13,36 (13,30-13,43) |
7,58 (7,57-9,03) |
4 |
4 |
72,00 (61,20-76,40) |
30,48* (29,13-34,63) |
37,29 (32,07-45,84) |
0,91 (0,66-0,93) |
3,51 (2,75-4,32) |
9,49 (7,92-10,7) |
14,20 (9,07-19,02) |
12,61 (5,63-15,98) |
5 |
4 |
72,00 (62,40-72,00) |
30,10 (27,58-41,69) |
34,82 (30,38-41,87) |
0,79 (0,72-1,38) |
3,46 (3,02-3,78) |
11,79 (8,93-15,12) |
14,08 (11,66-14,47) |
6,77 (5,16-8,82) |
6 |
4 |
74,70 (74,50-80,00) |
35,73 (34,64-42,21) |
38,77 (32,50-45,36) |
0,92 (0,76-1,30) |
3,36 (3,28-3,59) |
14,53 (8,07-16,48) |
14,42 (13,89-15,92) |
6,95 (6,56-9,60) |
Группа без имплантации |
|||||||||
1 |
8 |
72,50 (71,30-75,00) |
34,64 (31,95-35,59) |
39,90* (37,39-41,46) |
0,86* (0,78-0,95) |
4,19 (2,73-5,66) |
12,13* (10,07-13,33) |
15,51 (14,25-16,11) |
8,17 (5,80-10,91) |
2 |
8 |
78,00 (64,90-86,20) |
36,89 (29,90-42,02) |
39,18 (34,89-44,33) |
0,86 (0,83-1,00) |
4,64 (3,73-5,69) |
11,49 (8,92-12,58) |
16,02 (14,49-16,64) |
7,87 (5,77-11,43) |
3 |
8 |
72,70 (69,45-75,45) |
37,78 (34,26-38,70) |
36,73 (33,12-38,80) |
1,06 (0,89-1,17) |
3,55 (2,61-5,58) |
8,67 (7,70-10,76) |
14,11 (13,43-16,39) |
7,51 (5,25-10,22) |
4 |
8 |
68,20 (64,40-72,00) |
38,00 (37,48-38,52) |
30,16 (26,92-33,40) |
1,27 (1,15-1,39) |
2,67 (2,30-3,03) |
8,61 (7,79-9,43) |
13,70 (11,91-15,48) |
5,19 (4,19-6,19) |
5 |
8 |
63,50 (56,00-71,00) |
35,10 (31,36-38,84) |
28,32 (24,53-32,10) |
1,24 (1,21-1,27) |
2,07 (1,23-2,91) |
7,60 (5,54-9,66) |
12,77 (10,98-14,56) |
5,88 (4,97-6,78) |
6 |
8 |
71,50 (65,00-78,00) |
39,70 (36,27-43,13) |
31,78 (28,68-34,87) |
1,25 (1,24-1,26) |
1,58* (1,37-1,79) |
6,84 (6,57-7,10) |
14,86 (13,65-16,07) |
8,50 (7,09-9,91) |
Примечание. Различия статистически значимы по сравнению с нормальными величинами: * - ри < 0,05; ** - ри < 0,01; *** - ри < 0,001.
На рисунке 1 представлена динамика альбумин-глобулинового соотношения сыворотки крови экспериментальных животных в ходе всего эксперимента. Очевидно, что наиболее близкими к нормальным значениям являются показатели белкового спектра сыворотки крови экспериментальных животных, которым имплантировали биокомпозиционный материал, имеющий в своем составе минеральную составляющую - КФС, и сывороточные белки, выделенные из плазмы крови животных с активным остеогенезом.

Рис. 1. Альбумин-глобулиновое соотношение сыворотки крови экспериментальных животных
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты проведенного исследования позволяют утверждать, что введение в состав разработанных композиционных имплантационных материалов органического матрикса, выделен- ного из костной ткани КРС, повышает системную воспалительную реакцию, что отражается в повышенном содержании в сыворотке крови белков острой фазы. Однако во всех опытных
группах содержание и соотношение белковых фракций в сыворотке крови животных к концу
эксперимента возвращались к нормальным значениям.