Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Ложкин Э.Ф. Пименов М.Ю.

Под минерализацией в химическом анализе понимается разложение органических веществ и материалов на их основе с целью выделения определяемых элементов в виде устойчивых неорганических соединений. Среди методов разрушения органических компонентов следует выделить сухое и мокрое озоление – нагревание с кислотами – окислителями.

Статья в формате PDF

518 KB

Материал и методика исследования

В представленной работе исследовались пястные трубчатые кости крупного рогатого скота и лосей методом мокрого разложения органических веществ, в тканях сложного состава, к каковым можно отнести и костную ткань, а также определялась абсолютная и относительная (%) массы костного компонента в весе тела.

Материалом для сжигания служили кислоты (серная, азотная и соляная). Исследованию подверглись диафизы и эпифизы пястных трубчатых костей (os metacarpi) крупного рогатого скота в возрасте 18 месяцев (n =  4) и лосей в возрасте 18 месяцев (n = 4), которые выпиливались на равные по длине (от 5,5 до 6,0 см) отрезки (по 4 на каждую кость), затем измерили предварительно массу 32 костных отрезков, измерительная лента, максимальной длиной 3 метра.

Зоометрическим исследованиям было подвергнуто 8 голов животных в возрасте 18 месяцев, из них: 4 головы крупного рогатого скота, средним весом 570 кг и 4 головы лосей, средним весом 400 кг. Для указанного исследования использовалась общепринятая методика.

Методика исследования основана на сжигании пробы концентрированными кислотами (HNO₃, H₂SO₄, HClO₄). Данная методика требует незначительного затрата времени, но постоянного слежения за ходом процесса, достаточно умеренного расходования кислот и более качественного разложения исследуемого органического вещества.

Метод подготовки проб

Пробы выдержали при температуре 85 °С в течение 45 минут. После чего массу каждого из них измерили повторно (разница в массе костных отрезков крупного рогатого скота и лосей учитывалась при подсчете результатов по окончании проведения исследования). Количество потерянной влаги составило в среднем от 8 до 14 гр. Колебание в весе костных отрезков составляло при этом от 3 до 6 грамм. Формула для проведения расчета абсолютной массы костного компонента в весе тела имеет следующее выражение:

O = Lo² k

где O - абсолютная масса костной ткани (в кг); L - длина тела (в см); о - средняя величина диаметров дистальных эпифизов плеча, предплечья, бедра, голени; k - коэффициент, равный 1,2.

Далее, исследуемый материал помещался в емкость из термостойкого стекла - объемом 250 мл, в которую прилили 75 мл H₂SO₄, 75 мл HNO₃, 35 мл HClO₄, в соотношении 2:2:1. Длительность фиксации исследуемого материала в смеси кислот составило 35 минут для каждого из отрезков пястной трубчатой кости, как крупного рогатого скота, так и лосей. Заливка биологического материала происходила последовательно. По мере того, как у первых емкостей с исследуемым материалом процесс сжигания завершался, другие заливались смесью кислот и оставлялись в течение определенного времени (35 минут) для проведения фиксации.

После этого емкости ставились на электроплитки с закрытой спиралью и с регулятором напряжения. На каждую плитку была установлена металлическая сетка.

Сжигание исследуемого материала производили, постепенно увеличивая температуру до тех пор, пока раствор не стал слегка желтоватым и на дне емкости не отложился беловатый осадок (гидроксиапатит кальция) (рис. 1). Время сжигания в смеси кислот костных отрезков составило для крупного рогатого скота 75 минут, для костных отрезков лосей 95 минут. По завершении эксперимента образовавшийся осадок промывался деионезированной водой с последующей фильтрацией. Отфильтрованный осадок высушивался при температуре 65 °С в течение одного часа. По окончании сушки проводили измерение массы высушенного гидроксиапатита кальция.

Рис. 1. Осадок после деминерализации

Результаты исследования

В результате проведенных расчетов с использованием данных из табл. 1, было вычислено абсолютное и относительное количество костного компонента в весе тела. Для крупного рогатого скота абсолютное количество костного компонента составило: 125 кг 503 грамма; относительное количество - 22 % от средней массы тела 570 кг. Для лосей абсолютное количество костного компонента составило соответственно - 84 кг 345 граммов, а относительное количество - 21 % от средней массы тела 400 кг.

Таблица 1

Определение диаметра пястной кости у крупного рогатого скота и лосей (М ± m) 

Из данных табл. 2, видно, что содержание гидроксиапатита кальция в диафизах лосей превышает таковое у крупного рогатого скота на 16-27 %; в эпифизах у лосей на 11-25 %.

Таблица 2

Результаты измерения массы костных отрезков после высушивания и осажденного осадка гидроксиапатита кальция у крупного рогатого скота и лосей в возрасте 18 месяцев, в гр. (М ± m)

Примечание: * - при Р ≤ 0,05.

Далее изучалась микроморфология кристаллов гидроксиапатита кальция. Морфометрия микроархитектоники кристаллов проводилось в программе «Motic Images Plus 2,0».

Ведущим минералом в костной ткани является гидроксиапатит. Наименьшая структурная единица этого кристалла Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Для образования аморфной фазы формирующейся путем осаждения необходимо наличие оптимальной концентрации ионов Ca⁺²  и HPO₄^2- [3, 4]

Процесс образования кристаллов гидроксиапатита происходит в два этапа. Первый - это инициация формирования гидроксиапатита путем эпитаксии на органической матрице или чаще всего на ранее образовавшихся кристаллов. [5] Второй - ускорение перестройки других фаз минералов в гидрокиапатит под влиянием попеременного их рассасывания и осаждения. Морфологические особенности кристаллов у разных видов животных зависят от формирования органического матрикса. Жесткая фиксация определяющее неоюходимую пространственную направленность формирования минерала по его осям (длина, ширина, толщина) [6]. Такая жесткая фиксация соответствует структурным особенностям органического матрикса, а это значит и основным линиям механических нагрузок в костном органе зависящих от особенностей среды и условий обитания [1; 2].

Морфологическая структура кристаллов гидроксиапатита определяется их формой и размерами. При проведении исследования были установлены два варианта их формы: короткие пластинчатые имеющие округлые и остроугольные края (крупный рогатый скот) (рис. 2) и стержнеобразные (узкополосные или игольчатые с заостренными скальпелеобразными концами) (лоси) (рис. 3). Кроме того следует отметить и такую особенность кристаллов гидроксиапатита кальция у крупного рогатого скота, как некоторую изогнутость и согнутость проксимально направленных концов пластинок.

Рис. 2. Микроморфологическая структура гидроксиапатита кальция крупного рогатого скота

Рис. 3. Микроморфологическая стрктура гидроксиапатита кальция лосей

Из данных табл. 3, видно, что длина кристаллов гидроксиапатита у лосей в 4,6 раза больше длины у крупного рогатого скота. Это означает, то что органическая матрица, на которой формируется пространственно - конформационная кристаллическая решетка, скорее всего, зависит от непрерывного действия сил сжатия и растяжения.

Таблица 3

Размеры кристаллов гидроксиапатита в костной ткани у крупного рогатого скота (n = 4) и лосей (n = 4), в возрасте 18 месяцев, в мкм (10^-6 м) 

Благодаря пространственному расположению центров инициации для первичных кристаллов формируется направление их осей сообразующихся со структурой органического матрикса. На отдалении от коллагеновых фибрилл кристаллические объединения образуют конгломераты, в которых они ориентированы в одном направлении. В зависимости от действия сил сжатия и растяжения, эти конгломераты расположены по отношению к друг другу под разными углами.

Основные формы соединения кристаллов «бок о бок» или «конец в конец». В отношении кристаллов крупного рогатого скота преобладает форма соединения « бок о бок», а в отношении лосей соответственно «конец в конец», что свидетельствует о заметном влиянии физических нагрузок на кости опорных конечностей крупного рогатого скота и лосей.

Выводы:

1. Абсолютное и относительное количество костного компонента в весе тала у крупного рогатого скота превышает таковое у лосей на 6-10 кг в перерасчете веса лосей на вес крупного рогатого скота.

2. Содержание гидроксиапатита кальция в диафизах лосей превышает таковое у крупного рогатого скота на 16-27 %; в отношении же эпифизов у лосей на 11-25 % превышает содержание кальция у крупного рогатого скота.

3. Кристаллы гидроксиапатита кальция у крупного рогатого скота имеют форму коротких пластинок с округлыми и остроугольными краями.

4. Кристаллы гидроксиапатита кальция у лосей имеют узкополосную (игольчатую) с заостренными скальпелеобразными концами.

5. Длина кристаллов гидроксиапатита у лосей в 4,6 раза больше длины у крупного рогатого скота.

Список литературы

1. Аврунин А.С., Корнилов Н.В. Гипотеза о роли клеток остеоцитарного ряда в формировании стабильной морфологической структуры минералов костного матрикса // Морфология. - 2002. - Т. 122, Вып. 6. - С. 74-77.
2. Аврунин А.С., Корнилов Н.В. Формирование остеопоротических сдвигов в структуре костной ткани. - СПб.: Ольга, 1998.
3. Вилкейм Г.Р. К вопросу минерализации костной ткани / Механизмы регенерации костной ткани. - М.: Медицина, 1972. - С. 189-193.
4. Денисов-Никольский Ю.И., Жилкин Б.А., Докторов А.А. ультраструктурная организация минерального компонента пластинчатой костной ткани у людей зрелого и старческого возраста // Морфология. - 2002. - Т. 122, Вып. 5. - С. 79-83.
5. Корнилов Н.В. Адаптационные процессы в органах скелета. - СПб.: МОРСАР АВ, 2001.
6. Лаврищева Г.И. и Оноприенко Г.А. Морфологические и клинические аспекты репаративной регенерации опорных органов и тканей. - М.: Медицина, 1996.

Библиографическая ссылка