Ріст та формування довгих трубчастих кісток скелета за умов експериментальної гіперглікемії у віковому аспекті

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вивченню впливу дії хронічної гіперглікемії на особливості морфогенезу, хімічного складу та біомеханічних параметрів довгих трубчастих кісток скелета у віковому аспекті. Гіперглікемія є наслідком гострого дефіциту інсуліну, що призводить до порушення вуглеводного, білкового, жирового і водно-сольового обмінів. Це блокує надходження глюкози в інсулінозалежні тканини, як наслідок, в них виникає жорсткий енергетичний дефіцит. Експериментальні дані про зміну ростових показників, формування біоелементного складу та тривкісних характеристик кісток за умов гіперглікемії дають нове уявлення про реакцію кісткової тканини з урахуванням вікових особливостей організму. Для комплексного вивчення впливу хронічної гіперглікемії було визначено дизайн екперименту, що передбачав використання 216 білих лабораторних щурів молодого, зрілого і старечого віку. З метою встановлення дії гіперглікемії на довгі трубчасті кістки піддослідних тварин було поділено на дві серії: експериментальну та контрольну, кожна з них була поділена на три групи: молоді, зрілі, старечі – залежно від віку, кожна з яких була поділена на шість підгруп залежно від терміну експериментального дослідження. До експериментальної серії входили щури, введені в стан гіперглікемії за допомогою одноразової інтраперитонеальної ін’єкції розчину дигідрату алоксану в дозі 150 мг/кг маси тіла на 0,9 % розчині хлориду натрію. Тварин виводили з експерименту на 30-ту, 60-ту, 90-ту, 120-ту, 150-ту та 180-ту доби. Для дослідження вилучали стегнові та плечові кістки, які вивчали з використанням остеометричного, гістоморфометричного, ультрамікроскопічного, імуногістохімічного, хіміко-аналітичного, біомеханічного, комп’ютерно-томографічного й статистичного методів. У щурів молодого віку на тлі гіперглікемії були виявлені такі зміни: дефіцит маси тіла до 180-ї доби становив 42,6 % (р < 0,001), рівень глюкози варіював з (19,30 ± 1,69) ммоль/л (р < 0,001) на початку експерименту до (13,20±2,26) ммоль/л (р < 0,001) у кінці експерименту, рівень глікозильованого гемоглобіну (HbA1с ) збільшився із (7,0 ± 0,66) % (р < 0,001) до (9,43 ± 0,96) % (р<0,001). За даними остеометрії, лінійні показники стегнової та плечової кісток щурів експериментальної та контрольної серії найбільш інтенсивно збільшувались у щурів молодого віку. У щурів цієї вікової групи в умовах тривалої гіперглікемії спостерігалося сповільнення приросту остеометричних показників порівняно з контрольними щурами. Отже максимальна довжина стегнової кістки (МДК) на 30-ту добу експерименту в щурів молодого віку становила (18,96 ± 1,16) мм, плечової (11,94 ± 0,77) мм (р < 0,001), що на 18 % та 19 % менше порівняно зі щурами контрольної серії. Ширина середини діафіза ШСД відповідала показникам (1,60 ± 0,37) мм та (1,07 ± 0,13) мм, що на 5 % та 4,7 % менше порівняно з контролем. ШПЕ та ШДЕ в зазначені вікові періоди достовірністю показників не відзначалися. Показники ШПЕ стегнової кістки становили (2,71 ± 0,26) мм, плечової – (2,07 ± 0,13) мм, ШДЕ стегнової кістки становила (2,85 ± 0,22) мм, плечової – (2,09 ± 0,15) мм, що відзначається незначною відсотковою зміною ростових показників порівняно з показниками щурів контрольної серії. Зазначена тенденція до сповільнення ростових показників досліджуваних кісток у тварин експериментальної серії порівняно з контролем зберігалася до закінчення експерименту. Відтак, на 180-ту добу експерименту в щурів молодого віку експериментальної серії відмінність приросту остеометричних показників порівняно з контролем збільшилась і становила: МДК стегнової кістки (26,95 ± 1,06) мм (р < 0,001), плечової – (16,80 ± 0,79) мм (р < 0,001), що на 20 % та 21 % менше порівняно з контролем, водночас значно збільшилися показники ШСД, ШПЕ і ШДЕ, вони зросли до (1,72 ± 0,42) мм, (3,10 ± 0,04) мм та (3,26 ± 0,21) мм відповідно відмінність із контролем становила 7 %, 8 % і 7 %. Дефіцит маси тіла щурів зрілого віку експериментальної серії спостерігався на рівні 24 % (р < 0,001), показники глюкози варіювали від (14,80 ± 1,30) ммоль/л (р < 0,001) на 30-ту добу до (11,30 ± 1,10) ммоль/л (р < 0,001) на 180-ту добу, HbA1с був у 2 рази вищим за норму. За даними остеометрії, лінійні показники стегнової кістки тварин зрілого віку відзначалися незначним відсотком приросту порівняно з показниками щурів молодого віку. Середні показники МДК стегнової та плечової кісток на 30-ту добу експерименту були дещо меншими за такі у тварин контрольної серії на 11,2 % та 5,2 %. ШСД порівняно з контролем була меншою на 5,3 % і 4,2 % відповідно. Середні показники ШПЕ і ШДЕ стегнової та плечової кісток також достовірно не відрізнялися. ШПЕ була меншою за контроль на 6 % та 9,6 %, ШДЕ – на 6,2 % і 8,4 %. Проте вже на 180-ту добу довжина стегнової кістки в щурів зрілого віку була меншою на 13,5 % (р < 0,001), загальний показник приросту стегнової кістки з 30-ї доби до 180-ї доби становив лише 8,8 %, МДК плечової кістки була меншою на 7 % (р < 0,05), загальний показник приросту ˗ 9,1 %. Середні показники ШПЕ та ШДЕ стегнової кістки були меншими за норму на 7,7 % і 8,5 %. У щурів старечої групи показники вуглеводного обміну відзначалися дефіцитом маси тіла на 3 %, рівні глюкози та HbA1с незначно відрізнялися від показників попередньої вікової групи. У щурів старечої групи спостерігалася повільна незначна зміна остеометричних показників. Проте варто зазначити, що більш інтенсивний ріст цих показників спостерігався у тварин серії контролю. Наприкінці експерименту за показником МДК різниця параметрів порівняно зі щурами серії контролю становила 10 % (р < 0,001) та 6 % (р < 0,05). ШСД стегнової кістки була меншою на 3,7 % та 5,2 %. Відповідні зміни відбулись і стосовно середніх показників ШПЕ та ШДЕ обох кісток порівняно з контролем: ширина проксимального і дистального епіфізів стегнової кістки була меншою на 5,3 % та 5 %, плечової кістки ˗ на 5,3 % і 5,7 % відповідно. Гіперглікемія призводить до порушення ростових показників досліджуваних кісток щурів усіх вікових груп. Більш інтенсивно проявляється затримка лінійних показників у щурів експериментальної серії всіх вікових груп порівняно зі щурами серії контролю. У результаті проведеного гістологічного дослідження гіперглікемія призводить до розвитку деструктивних змін кісток щурів усіх вікових груп, найбільші порушення спостерігались у тварин молодого та старечого віку. Описані зміни проявлялися сповільненням ремоделювання КТ, порушенням структури компактної речовини діафіза та порушенням будови епіфізарного хряща, зменшенням міцнісних характеристик діафіза загалом. Дещо інтенсивніші зміни виникають в епіфізах, це свідчить про вищу чутливість трабекулярної КТ. Морфометричні показники діафіза за умов гіперглікемії характеризуються відносним зменшенням площі компактної речовини порівняно з контролем: в щурів молодого віку на 11 % у обох кістках, зрілого ˗ на 13,1 % (р < 0,05) та 11,5 % (р < 0,05), старечого на 40 % (р < 0,001) у обох кістках; розширенням остеонів та каналів остеонів в стегновій кістці щурів молодого віку на 13 % (р < 0,001) та 38 % (р<0,001); у плечовій кістці – на 14 % (р < 0,001) та 38 % (р < 0,001); у щурів зрілого віку в стегновій кістці – на 1,5 % (р < 0,05) та 4,6 % (р < 0,05), плечовій – на 1,7 % (р < 0,05) та 4 %; старечого віку – на 1,4 %, 8,5 % (р < 0,001) та 1 %, 10 % (р < 0,001) відповідно. Гіперглікемія впливає на будову епіфізарного хряща. Найбільша різниця із контролем спостерігалась у щурів молодого віку, що становила 37 % (р < 0,001) у обох кістках, найменша – у щурів зрілого віку – 1 % (р < 0,001). В епіфізах досліджуваних кісток спостерігається пригнічення майже всіх досліджуваних морфометричних показників, особливо у тварин молодого віку. Проаналізувавши зміну будови остеогенних клітин в трьох експериментальних групах щурів, можна зробити висновок, що підвищена кісткова резорбція спостерігається більшою мірою в щурів старечого віку, найменш виражена експресія RANKL властива щурам молодого віку. Остеопонтин та RANKL експресуються в різних співвідношеннях у кожній віковій групі, а саме: у щурів молодого віку експресія остеопонтину в діафізі збільшилася з (24,17 ± 1,51) % (р < 0,05) до (24,42 ± 1,60) % (р < 0,05)), загальний показник приросту становив 1 %, у щурів зрілого віку знизився з (23,64 ± 1,75) % (р < 0,05) до (22,71 ± 1,66) % (р < 0,05), відсоток зміни становив 4,1 %, у щурів старечого віку відсоткове співвідношення втрати експресії остеопонтину продовжувало знижуватися з (15,06 ± 1,48) % до (14,13 ± 1,45) % відсоток втрати становив 6,6 %. Відповідні показники в епіфізі становили: 1,5 % (р < 0,05), 4,7 % та 7,7 % (р < 0,05) відповідно. Експресія показника RANKL у щурів молодого віку до кінця експерименту в діафізі збільшилася на 4 % (р < 0,05), у щурів зрілого віку показник знизився на 4,1 %, старечого – на 6 %, показники епіфіза кісток щурів молодого віку зросли на 4,2 % (р < 0,05), зрілого віку – знизились на 4,1 %, старечого – на 6,4 % (р < 0,05) відповідно. Дослідивши дегенеративні зміни в кістках, з’ясували, що збільшена інтенсивність показника кісткової резорбції в щурів старечого віку призводить до посилення проявів деструктивних змін у кістках із віком у нормі та з більш інтенсивним проявом під час хронічної гіперглікемії. На 30-ту добу в щурів молодого віку було виявлено багато клітин, що містять поодинокі мітохондрії та значну кількість загиблих остеобластів зі зруйнованими органелами, також траплялися загиблі клітини з вираженою вакуолізацією цитоплазми. У кістковому матриксі зустрічались ділянки нерівномірної мінералізації. У щурів зрілого віку на відміну від молодих установлено, що остеобласти зазнали меншого негативного впливу в результаті дії гіперглікемії та мали більший біосинтетичний потенціал унаслідок більш розвиненої гЕПС. Однак наявність гіпертрофії гЕПС та збільшення в розмірах мітохондрій свідчать про дегенеративні зміни в клітинах. Відповідно в цей термін у щурів старечого віку виявлено гіперфункцію остеобластів як адаптивну реакцію на підвищення рівня глюкози та поступове руйнування остеогенних клітин, що призводить до дегенеративних змін у кістках. Таким чином, під час електронно-мікроскопічного аналізу встановлено, що хронічна гіперглікемія спричиняє структурні зміни в клітинах кісткової тканини стегнової та плечової кісток щурів усіх вікових груп, починаючи з першого терміну спостереження (30 діб), та призводить до наростаючих деструктивних змін із збільшенням терміну спостереження. За допомогою спектрофотометрії доведено, що тривала дія гіперглікемії призводить до порушення мінералізації досліджуваних кісток, про що свідчить зниження мінеральної насиченості кісток щурів експериментальної серії порівняно з контролем. Макроелементний склад кісток щурів експериментальної серії молодого віку показав, що концентрація макро- і мікроелементів мала чітку тенденцію до зниження. У щурів молодого віку відбувалося активне зниження вмісту Са і Р, максимальний дефіцит якого досягав на 180-ту добу в діафізі стегнової кістки 36,8 % (р < 0,001), Р – 19 % (р < 0,001), плечової кістки Са – 36,8 %, Р – 19,3 % (р < 0,001), та в епіфізі стегнової кістки Са – 44 % (р < 0,001), Р – 25,6 % (р < 0,001), плечової – Са – 45,4 % (р < 0,001), Р – 25 % (р < 0,001). У щурів зрілого віку відбувалось повільне й поступове зменшення зазначених показників. Дефіцит Са в діафізах обох кісток становив 23,5 % (р < 0,001) та 12 % (р < 0,001), Р – 5,4 % (р < 0,001) та 6,9 % (р<0,001), в епіфізах зниження рівня Са відзначалося нижчими показниками втрати хімічних елементів порівняно зі щурами молодого віку: в стегновій кістці на 12 % (р < 0,001) плечовій – на 12,4 % (р < 0,001), Р – 20 % (р < 0,001) та 24,5 % (р < 0,001), у щурів старечого віку кількісне співвідношення вмісту Са в діафізі стегнової кістки було менше порівняно з контролем. Вміст Са в діафізах обох кісток був меншим на 10 % (р < 0,001) та 12 % (р < 0,001), Р – на 5,3 % (р < 0,001) і 3,2 % (р < 0,001), в епіфізі Са на 15 % (р < 0,001) та 11 % (р < 0,001), Р – на 7,3 % (р < 0,001) в обох кістках. Експериментальне дослідження хімічного складу кісток показало певні відмінності перерозподілу води в різних частинах трубчастої кістки. Отже, втрата води в щурів експериментальної серії значно перевищувала показники в щурів серії контролю. Відсоток втрати води на 180-ту добу експерименту у діафізі стегнової кістки щурів молодого віку становив 27,3 % (р < 0,001), плечової-33 % (р < 0,001), в епіфізі-33 % (р < 0,001) та 33,5 % (р < 0,001). У щурів зрілого віку показник втрати в діафізі стегнової кістки становив 5,5 % (р < 0,001) та 7,6 % (р < 0,001), в епіфізі цей показник знизився на 6,6 % (р < 0,001) та 7,8 % (р < 0,001). Зменшення води в діафізах досліджуваних кісток щурів старечої групи було відповідно 12 % (р < 0,001) та 9 % (р < 0,001), в епіфізах 9 % (р < 0,001) і 15,6 % (р < 0,001). Комплексний аналіз механічних показників досліджуваних кісток показав, що в щурів молодого віку відбувається значне зменшення міцнісних властивостей уже з 30-ї доби спостереження. У щурів зрілого та старечого віку відзначається поступове зниження механічних показників, це пов’язано з втратою основних макроелементів в кістках на тлі гіперглікемії. Тривала дія гіперглікемії призводить до достовірного зниження механічних показників в усі вікові періоди, проте найбільші зміни відзначаються у тварин молодого віку. За показником міцність на стиснення діафіза стегнової кістки показники щурів експериментальної серії були меншими порівняно зі щурами серії контролю на 29 % (р < 0,001), плечової кістки – на 25 % (р < 0,001), за показником навантаження при стисненні показники обох кісток були меншими на 18 % (р < 0,001); відповідні зміни межі міцності на стиснення епіфіза стегнової кістки були меншими на 32 % (р < 0,001), плечової кістки – на 35 % (р < 0,001), навантаження при стисненні на 23 % (р < 0,001) і 24 % (р < 0,001) відповідно.

The dissertation is devoted to the study of the effect of chronic hyperglycemia on the peculiarities of morphogenesis, chemical composition, and biomechanical parameters of the long tubular bones of the skeleton in the age aspect. Hyperglycemia is a consequence of an acute insulin deficiency, which leads to a violation of carbohydrate, protein, fat, and water-salt metabolism. This blocks the supply of glucose to insulin-dependent tissues, as a result of which a severe energy deficit occurs. Experimental data on changes in growth indicators, formation of bioelement composition and triaxial characteristics of bones under conditions of hyperglycemia provide a new insight into the reaction of bone tissue taking into account the age-related characteristics of the body. For a comprehensive study of the effect of chronic hyperglycemia, an experimental design was determined, which involved the use of 216 white laboratory rats of young, mature and senile age. In order to establish the effect of hyperglycemia on the long tubular bones of experimental animals, they were divided into two series: experimental and control, each of them was divided into three groups: young, mature, senile - depending on age, each of which was divided into six subgroups depending on term of experimental research. The experimental series included rats induced into a state of hyperglycemia by means of a single intraperitoneal injection of a solution of alloxan dihydrate at a dose of 150 mg/kg of body weight in a 0.9 % sodium chloride solution. Animals were removed from the experiment on the 30-th, 60-th, 90-th, 120-th, 150-th and 180-th days. Femur and humerus bones were removed for research, which were studied using osteometric, histomorphometric, ultramicroscopic, immunohistochemical, chemical-analytical, biomechanical, computer-tomographic and statistical methods. In young rats against the background of hyperglycemia, the following changes were detected: the body weight deficit by the 180-th day was 42.6 % (р < 0.001), the glucose level varied from (19.30 ± 1.69) mmol/l (р < 0.001) at the beginning of the experiment to (13.20 ± 2.26) mmol/l (p < 0.001) at the end of the experiment, the level of glycosylated hemoglobin (HbA1c) increased from (7.0 ± 0.66) % (p < 0.001) to (9.43 ± 0.96) % (р < 0.001). According to the data of osteometry, the linear indicators of the femur and humerus of rats of the experimental and control series increased most intensively in young rats. In rats of this age group, in conditions of prolonged hyperglycemia, a slowdown in the growth of osteometric indicators was observed compared to control rats. Therefore, the maximum length of the femur (MBL) on the 30-th day of the experiment in young rats was (18.96 ± 1.16) mm, humerus (11.94 ± 0.77) mm (p < 0.001), which on 18 % and 19 % less compared to rats of the control series. The width of the middle of the diaphysis of WMD corresponded to (1.60 ± 0.37) mm and (1.07 ± 0.13) mm, which is 5 % and 4.7 % less compared to the control. WPE and WDE in the indicated age periods were not marked by the reliability of indicators. The parameters of the WPE of the femur were (2.71 ± 0.26) mm, the humerus - (2.07 ± 0.13) mm, the WDE of the femur was (2.85 ± 0.22) mm, the humerus - (2.09 ± 0.15) mm, which is marked by a slight percentage change in growth indicators compared to the indicators of rats of the control series. The indicated tendency to slow down the growth indicators of the studied bones in the animals of the experimental series compared to the control was maintained until the end of the experiment. Therefore, on the 180-th day of the experiment, in the young rats of the experimental series, the difference in the growth of osteometric indicators compared to the control increased and amounted to: MBL of the femur (26.95 ± 1.06) mm (p < 0.001), humerus - (16.80 ± 0.79) mm (p < 0.001), which is 20 % and 21 % less compared to the control, at the same time, the indicators of WMD, WPE and WDE significantly increased, they increased to (1.72 ± 0.42) mm, (3 ,10 ± 0.04) mm and (3.26 ± 0.21) mm, respectively, the difference with the control was 7 %, 8 % and 7 %. The body weight deficit of mature rats of the experimental series was observed at the level of 24 % (p < 0.001), glucose values varied from (14.80 ± 1.30) mmol/l (p < 0.001) on the 30-th day to (11.30 ± 1.10) mmol/l (p < 0.001) on the 180-th day, HbA1c was 2 times higher than the norm. According to the data of osteometry, the linear indicators of the femur of mature animals were marked by a slight percentage increase compared to the indicators of young rats. The average indicators of the MBL of the femur and humerus on the 30-th day of the experiment were slightly lower than those of the animals of the control series by 11.2 % and 5.2 %. Compared to the control, WMD was lower by 5.3 % and 4.2 %, respectively. The average indicators of WPE and WDE of the femur and humerus were also not significantly different. WPE was lower than the control by 6 % and 9.6 %, WDE by 6.2 % and 8.4 %. However, already on the 180-th day, the length of the femur in mature rats was smaller by 13.5 % (p < 0.001), the total rate of growth of the femur from the 30-th day to the 180-th day was only 8.8 %, MBL of the humerus was smaller by 7 % (p < 0.05), the overall rate of growth was 9.1 %. The average indicators of WPE and WDE of the femur were lower than the norm by 7.7 % and 8.5 %. In rats of the senile group, indicators of carbohydrate metabolism were marked by a deficit of body weight by 3%, glucose and HbA1c levels slightly differed from the indicators of the previous age group. A slow, insignificant change in osteometric parameters was observed in the rats of the senile group. However, it is worth noting that a more intensive growth of these indicators was observed in animals of the control series. At the end of the experiment, according to the MBL indicator, the difference in parameters compared to rats of the control series was 10 % (p < 0.001) and 6 % (p < 0.05). The WMD of the femur was smaller by 3.7 % and 5.2 %. Corresponding changes also occurred in relation to the average indicators of WPE and WDE of both bones compared to the control: the width of the proximal and distal epiphyses of the femur was smaller by 5.3 % and 5 %, of the humerus by 5.3 % and 5.7 %, respectively. Hyperglycemia leads to a violation of the growth indicators of the studied bones of rats of all age groups. The delay of linear indicators is more intensively manifested in rats of the experimental series of all age groups compared to rats of the control series. As a result of the histological study, hyperglycemia leads to the development of destructive changes in the bones of rats of all age groups, the greatest violations were observed in young and senile animals. The described changes were manifested by a slowdown in BT remodeling, a violation of the structure of the compact substance of the diaphysis and a violation of the structure of the epiphyseal cartilage, a decrease in the strength characteristics of the diaphysis in general. Slightly more intense changes occur in the epiphyses, which indicates a higher sensitivity of trabecular BT. Morphometric indicators of the diaphysis under conditions of hyperglycemia are characterized by a relative decrease in the area of the compact substance compared to the control: in young rats by 11 % in both bones, in mature rats by 13.1 % (р < 0.05) and 11.5 % (р < 0 .05), senile by 40 % (р < 0.001) in both bones; the expansion of osteons and osteon channels in the femur of young rats by 13 % (p < 0.001) and 38 % (p < 0.001); in the humerus - by 14 % (p < 0.001) and 38 % (p < 0.001); in mature rats, femur - by 1.5 % (p < 0.05) and 4.6 % (p < 0.05), humerus - by 1.7 % (p < 0.05) and 4 % ; old age - by 1.4 %, 8.5 % (p < 0.001) and 1 %, 10 % (p < 0.001), respectively. Hyperglycemia affects the structure of epiphyseal cartilage. The largest difference with the control was observed in young rats, which was 37 % (p < 0.001) in both bones, the smallest - in mature rats - 1 % (p < 0.001). In the epiphyses of the studied bones, suppression of almost all studied morphometric indicators is observed, especially in young animals. Having analyzed the change in the structure of osteogenic cells in three experimental groups of rats, we can conclude that increased bone resorption is observed to a greater extent in old age rats, the least pronounced expression of RANKL is characteristic of young age rats. Osteopontin and RANKL are expressed in different ratios in each age group, namely: in young rats, the expression of osteopontin in the diaphysis increased from (24.17 ± 1.51) % (p < 0.05) to (24.42 ± 1, 60) % (р < 0.05)), the total rate of growth was 1 %, in mature rats it decreased from (23.64 ± 1.75) % (р < 0.05) to (22.71 ± 1, 66) % (p < 0.05), the percentage change was 4.1 %, in aged rats the percentage loss of osteopontin expression continued to decrease from (15.06 ± 1.48) % to (14.13 ± 1.45 ) % loss percentage was 6.6 %. The corresponding indicators in the pineal gland were: 1.5 % (p < 0.05), 4.7 % and 7.7 % (p < 0.05), respectively. By the end of the experiment, the expression of the RANKL indicator in young rats in the diaphysis increased by 4 % (p < 0.05), in mature rats, the indicator decreased by 4.1 %, in old rats - by 6 %, the indicators of the epiphysis of the bones of young rats increased by 4.2 % (р < 0.05), mature age - decreased by 4.1 %, senile - by 6.4 % (р < 0.05), respectively. After studying degenerative changes in bones, it was found that the increased intensity of the bone resorption index in senile rats leads to increased manifestations of destructive changes in bones with normal age and with a more intense manifestation during chronic hyperglycemia. On the 30-th day, many cells containing single mitochondria and a significant number of dead osteoblasts with destroyed organelles were found in young rats, and there were also dead cells with marked cytoplasmic vacuolization. There were areas of uneven mineralization in the bone matrix. In mature rats, in contrast to young ones, it was found that osteoblasts were less negatively affected by hyperglycemia and had greater biosynthetic sweat ential as a result of a more developed gER. However, the presence of gER hypertrophy and an increase in the size of mitochondria indicate degenerative changes in the cells. Accordingly, hyperfunction of osteoblasts as an adaptive reaction to increased glucose levels and gradual destruction of osteogenic cells, which leads to degenerative changes in bones, was detected in aged rats. Thus, during the electron microscopic analysis, it was established that chronic hyperglycemia causes structural changes in the cells of the bone tissue of the femur and humerus of rats of all age groups, starting from the first observation period (30 days), and leads to increasing destructive changes with increasing observation period . With the help of spectrophotometry, it was proven that the long-term effect of hyperglycemia leads to a violation of the mineralization of the studied bones, which is evidenced by a decrease in the mineral saturation of the bones of rats in the experimental series compared to the control. The macroelement composition of the bones of rats of the experimental series of young age showed that the concentration of macro- and microelements had a clear tendency to decrease. In young rats, there was an active decrease in the content of Ca and P, the maximum deficit of which reached on the 180th day in the diaphysis of the femur 36.8 % (р < 0.001), P – 19 % (p < 0.001), in the humerus Ca – 36.8 %, P – 19.3 % (p < 0.001), and in the epiphysis of the femur Ca – 44 % (p < 0.001), P – 25.6 % (p < 0.001), humerus – Ca – 45, 4 % (p < 0.001), P – 25 % (p < 0.001). A slow and gradual decrease in these indicators occurred in mature rats. Ca deficiency in the diaphyses of both bones was 23.5 % (p < 0.001) and 12 % (p < 0.001), P – 5.4 % (p < 0.001) and 6.9 % (p < 0.001), in the epiphyses a decrease level of Ca was marked by lower rates of loss of chemical elements compared to young rats: in the femur by 12 % (p < 0.001), in the humerus by 12.4 % (p < 0.001), P – by 20 % (p < 0.001) and 24, 5 % (р < 0.001), the quantitative ratio of Ca content in the diaphysis of the femur was lower in aged rats compared to controls. The Ca content in the diaphyses of both bones was lower by 10 % (p < 0.001) and 12 % (p < 0.001), P – by 5.3 % (p < 0.001) and 3.2 % (p < 0.001), in the epiphysis Ca by 15 % (p < 0.001) and 11 % (p < 0.001), P – by 7.3 % (p < 0.001) in both bones. An experimental study of the chemical composition of bones showed certain differences in the redistribution of water in different parts of the tubular bone. Therefore, water loss in rats of the experimental series significantly exceeded the indicators in rats of the control series. The percentage of water loss on the 180-th day of the experiment in the diaphysis of the femur of young rats was 27.3 % (p < 0.001), in the humerus – 33 % (p < 0.001), in the epiphysis – 33 % (p < 0.001) and 33,5 % (p < 0.001). In mature rats, the rate of loss in the diaphysis of the femur was 5.5 % (p < 0.001) and 7.6 % (p < 0.001), in the epiphysis this rate decreased by 6.6 % (p < 0.001) and 7.8 % (p < 0.001). The reduction of water in the diaphyses of the studied bones of rats of the senile group was, respectively 12 % (p < 0.001) and 9 % (p < 0.001), in the epiphyses 9 % (p < 0.001) and 15.6 % (p < 0.001). A comprehensive analysis of the mechanical parameters of the studied bones showed that in young rats there is a significant decrease in strength properties from the 30th day of observation. In mature and senile rats, a gradual decrease in mechanical parameters is noted, this is due to the loss of the main macroelements in the bones against the background of hyperglycemia. The long-term effect of hyperglycemia leads to a significant decrease in mechanical parameters in all age periods, but the greatest changes are noted in young animals. According to the index of compressive strength of the diaphysis of the femur, the indicators of the rats of the experimental series were lower compared to the rats of the control series by 29 % (р < 0.001), of the humerus - by 25 % (р < 0.001), according to the index of load during compression, the indicators of both bones were lower by 18 % (р < 0.001); the corresponding changes in the compressive strength limit of the epiphysis of the femur were smaller by 32 % (p < 0.001), of the humerus by 35 % (p < 0.001), the compressive load by 23 % (p < 0.001) and 24 % (p < 0.001 ) respectively.