Вплив експериментального зневоднення організму на структурні характеристики мінералу губчастої кісткової тканини

Abstract

Багаторівнева будова кісткової тканини, мінеральну основу якої складає біологічний апатит, забезпечує широкий спектр механічних та фізіологічних можливостей. Досить значущим неорганічним компонентом кісткового матриксу є вода, яка забезпечує зв'язок внутрішнього та зовнішнього середовищ і транспортування речовин між клітинами та позаклітинним матриксом. Порушення загального вмісту води, а також її співвідношення в позаклітинному та клітинному секторах, може викликати зміни будови та функцій мінерального компоненту кістки. Тому, метою нашої роботи було вивчення структури біоапатиту в умовах порушення водного балансу кістки. Експеримент був проведений на лабораторних щурах, яким моделювали важкий ступінь дефіциту води. Рентгеноструктурний аналіз застосовували до зразків біоапатиту тазової кістки, відпалених при температурах 200 °С та 900 °С. Результати дослідження показали, що в умовах експериментального зневоднення мінеральна складова кістки відзначається більшим вмістом β-трикальцій-магній-фосфату (β-ТКМФ), утвореного після відпалу при 900 °С, що свідчить про значний дефіцит кальцію у первісному апатиті. Відносно високий рівень мікродеформацій в мінералі експериментальної групи вказує на переважаючу роль гетеровалентних заміщень в кристалічній решітці (Na+ або K+ → Са2+), що підтверджується меншим вмістом магнію в β-ТКМФ після відпалу при 900 °С.

Многоуровневое строение костной ткани, минеральную основу которой составляет биологический апатит, обеспечивает широкий спектр механических и физиологических возможностей. Достаточно значимым неорганическим компонентом костного матрикса является вода, которая обеспечивает связь внутренней и внешней сред и транспортировку веществ между клетками и внеклеточного матрикса. Нарушение общего содержания воды, а также ее соотношение во внеклеточной и клеточном секторах, может вызвать изменения строения и функций минерального компонента кости. Поэтому, целью нашей работы было изучение структуры биоапатита в условиях нарушения водного баланса кости. Эксперимент был проведен на лабораторных крысах, которым моделировали тяжелую степень дефицита воды. Рентгеноструктурный анализ применяли к образцам биоапатита тазовой кости, отожженных при температурах 200 °С и 900 °С. Результаты исследования показали, что в условиях экспериментального обезвоживания минеральная составляющая кости отличается большим содержанием β-трикальций-магний-фосфата (β-ТКМФ), образованного после отжига при 900 °С, что свидетельствует о значительном дефиците кальция в первоначальном апатите. Относительно высокий уровень микродеформаций в минерале экспериментальной группы указывает на преобладающую роль гетеровалентного замещений в кристаллической решетке (Na+ или K+ → Са2+), что подтверждается меньшим содержанием магния в β-ТКМФ после отжига при 900 °С.

Multilayer structure of bone tissue, the mineral bases of it is bioapatite, provides wide spectrum of mechanical and physiological properties. Water is also a significant component of bone matrix, which ensures relation between internal and external environment and transports nutrients from extracellular matrix to the cells. Violation of the water content and its ratio in extracellular and cellular sectors may change structure and function of the mineral component of bone. Thus, the aim of this research was to determine the structure of bioapatite in case of water imbalance. The experiment was conducted on laboratory rats, which modeled a heavy degree of water deficiency. X-Ray diffraction was applied to samples bioapatite pelvic bone, annealed at 200 °C and 900 °C. The research results demonstrate the high level of β-tricalciummagnesium-phosphate as bone mineral component in conditions of experimental dehydration, which formed after burning in 900 °C. It testifies a significant calcium deficiency in the original apatite. The relatively high level of microstrain in the mineral component of experimental group indicates the dominant role of heterovalent substitutions in the crystal lattice (Na+ or K+ → Са2+) which is confirmed by lower content of magnesium in β-tricalcium-magnesium-phosphate after specimen’s annealing in 900 °C.