МОРФОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ОСТЕОГЕННИХ КЛІТИН У ЩУРІВ МОЛОДОГО ВІКУ ЗА УМОВ ХРОНІЧНОЇ ГІПЕРГЛІКЕМІЇ

Понирко А. О., Бумейстер В. І., Дмитрук С. М., Теслик Т. П.

МОРФОЛОГІЯ

Наукова стаття

Резюме. У статті наведені дані структурно-функціонального аналізу змін кісткової тканини за умов хронічної гіперглікемії. Дослідження було проведено на 72 білих лабораторних щурах. Для моделювання хронічної гіперглікемії, застосовували розчин дигідрату алоксану, який вводили після 10-годинного голодування тварин. Дослідження довгих трубчастих кісток проводили за допомогою скануючої електронної мікроскопії та оцінювали експресію Остеопонтину та RANKL у цитоплазмі клітин. Доведено, що істотні зміни мікроархітектури кісток скелету викликають порушення функціонування остеобластів та деструктивні зміни у остеоцитах. Зі збільшенням терміну дії гіперглікемії патологічні зміни тільки прогресують та стають більш вираженими. У проведеному нами дослідженні було виявлено виражену реакцію остеобластів у молодих щурів на 30 добу спостереження у вигляді значної гіпертрофії гЕПС, деструкції органел у цитоплазмі та набухання мітохондрій. При цьому компенсаторна реакція, у вигляді гіпертрофії гЕПС спостерігалася у щурів молодого віку – починаючи з 120 доби спостереження. Особливістю є те, що на всі терміни спостереження аж до 180 доби у щурів молодого віку дисфункція остеобластів проявлялася у вигляді гіпертрофії гЕПС. В ході експерименту було встановлено наростаючу загибель остеоцитів у щурів протягом всього періоду спостереження, починаючи з 30 доби експерименту. Крім того виявлено зміну форми лакун починаючи з 60 доби спостереження. Таким чином за умов хронічної гіперглікемії починаючи з 30 доби спостереження виникає порушення функціонування остеобластів та деструктивні зміни у остеоцитах у кістках експериментальних щурів молодоговіку. Результати імуногістохімічного дослідження вказують на зниження секреторної активності остеобластів та порушення функціонування остеоцитів. Порушення процесів синтезу остеопонтину та RANKL негативно впливає на остеогенез кісток. В результаті довготривалого впливу гіперглікемії на кістки скелету спостерігається пригнічення роботи як остеобластів, так і остеоцитів.

гіперглікемія, довгі трубчасті кістки, остеобласти, остеоцити, остеопонтин.

1. Yamagishi S. Role of advanced glycation end products (AGEs) in osteoporosis in diabetes. Curr Drug Targets. 2011;12(14):2096-102.
2. Pacios S, Andriankaja O, Kang J, Alnammary M, Bae J, de Brito Bezerra B, et al. Bacterial infection increases periodontal bone loss in diabetic rats through enhanced apoptosis. Am J Pathol. 2013;183(6):1928-35
3. Cunha JS, Ferreira VM, Maquigussa E, Naves MA, Boim, MA. Effects of high glucose and high insulin concentrations on osteoblast function in vitro. Cell and tissue research.2014;358(1):249-256. doi: 10.1007/s00441-014-1913-x.
4. Gennari L, Merlotti D, Valenti R, Ceccarelli E, Ruvio M, Pietrini MG, et al. Circulating sclerostin levels and bone turnover in type 1 and type 2 diabetes. The Journal of clinical endocrinology and metabolism. 2012;97(5):1737-1744. doi: 10.1210/jc.2011-2958.
5. Kanazawa I, Sugimoto T. Diabetes Mellitus-induced Bone Fragility. Internal medicine. 2018;57(19):2773-2785. doi: 10.2169/ internalmedicine.0905-18.
6. Ogawa N, Yamaguchi T, Yano S, Yamauchi M, YamamotoM, Sugimoto T. The combination of high glucose and advanced glycation endproducts (AGEs) inhibits the mineralization of osteoblastic MC3T3-E1 cells through glucose-induced increase in the receptor for AGEs. Hormone and metabolic research. 2007;39(12):871-875. doi: 10.1055/s-2007-991157.
7. Pacicca DM, Brown T, Watkins D, Kover K, Yan Y, Prideaux M, et al. Elevated glucose acts directly on osteocytes to increase sclerostin expression in diabetes. Scientific reports. 2019;9(1):17353. doi: 10.1038/s41598-019-52224-3.
8. Wongdee K, Krishnamra N, Charoenphandhu N. Derangement of calcium metabolism in diabetes mellitus: negative outcome from the synergy between impaired bone turnover and intestinal calcium absorption. The Journal of Physiological Sciences. 2017;67(1):71-81.
9. Ryabenko TV. Suchasni aspekty reparatyvnoyi reheneratsiyi kistkovoyi tkanyny ta analiz pokaznykiv kistkovoho metabolizmu. Ukrayinsʹkyy zhurnal medytsyny, biolohiyi ta sportu. 2020;5.3(25):89-97. [in Ukrainian].
10. Portal-Núñez S, Lozano D, de Castro LF, de Gortázar AR, Nogués X, Esbrit P. Alterations of the Wnt/beta-catenin pathway and its target genes for the N- and C-terminal domains of parathyroid hormone-related protein in bone from diabetic mice. FEBS letters. 2010;584(14):3095-3100. doi: 10.1016/j. febslet.2010.05.047
11. Villarino ME, Sánchez LM, Bozal CB, Ubios AM. Influence of short-term diabetes on osteocytic lacunae of alveolar bone. A histomorphometric study. Acta odontologica latinoamericana: AOL. 2006;19(1):23-28.
12. Bouillon R, Bex M, Van Herck E, Laureys J, Dooms L, Lesaffre E, et al. Influence of age, sex, and insulin on osteoblast function: osteoblast dysfunction in diabetes mellitus. J Clin Endocrinol Metab. 1995;80(4):1194-202. doi: 10.1210/jcem.80.4.7714089.
13. Jiao H, Xiao E, Graves DT. Diabetes and Its Effect on Bone and Fracture Healing. Curr Osteoporos Rep. 2015;13(5):327-35. doi: 10.1007/ s11914-015-0286-8.
14. Hamann C, Goettsch C, Mettelsiefen J, Henkenjohann V, Rauner M, Hempel U, et al. Delayed bone regeneration and low bone mass in a rat model of insulin-resistant type 2 diabetes mellitus is due to impaired osteoblast function. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2011;301(6):1220-8. doi: 10.1152/ajpendo.00378.2011.
15. Uikly B. Elektronnaya mikroskopiya dlya nachinayushchikh. Moskva: Mir; 1975. 328 s. [in Russian]. 16.Reynolds ES. The use of lead citrate at high pH as an electron-opaque stain in electron microscopy. J Cell Biol. 1963;17:208-212.

«Вістник проблем біології і медицини» Випуск 2 (160), 2021 рік , 231-235 сторінки, код УДК 616.379-008.64:616.71-091-092.9

10.29254/2077-4214-2021-2-160-231-235