Структурные изменения хрящевой ткани при неразрушающем лазерном воздействии с длиной волны 1,56 мкм (1105752), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Этот территориальный матрикс содержит в основномпротеогликаны в виде мелкозернистого и тонкофибриллярного (войлокообразного)вещества, а также редкие тонкие коллагеновые фибриллы с типичной периодичностью.Большая часть клеток имеет не округлую, как в суставном хряще, а нескольковытянутую форму (Рис.27(Б-1)). В территориальном и межтерриториальном матриксеплотность коллагеновых фибрилл выше, чем в суставном хряще. Наблюдаются участкис продольным и поперечным разрезом коллагеновых фибрилл диаметром 128±30 счеткой поперечной исчерченностью, средний наблюдаемый период составляет 61±8 нм.71Реже обнаруживаются пучки фибрилл общим диаметром около 150 нм и диаметромотдельных фибрилл около 30 нм (Рис.27(Б-2)).Рисунок 27.
Электронные микрофотографии срезов интактной ткани, окраскауранилацетат: (А-1) – суставной хрящ, хондроцит с округлым ядром (Я), цитоплазмой, котораясодержит гранулярный эндоплазматический ретикулум (ГЭР). Вокруг клетки территориальныйматрикс (М), состоящий из тонко-волокнистого материала. (А-2) – суставной хрящ,межтерриториальный матрикс, состоящий из тонких фибрилл диаметром 15 – 50 нм изернистого материала из протеогликанов.
Видны отдельные крупные фибриллы диаметром до100 нм. (Б-1) – реберный хрящ, две клетки с хорошо очерченными ядрами (Я), видны липидныевключения (Л). Вокруг клеток неширокая лакуна. Лакуны окружены территориальнымматриксом. (Б-2) – реберный хрящ, межтерриториальный матрикс, в котором видны продольнои поперчено срезанные коллагеновые фибриллы размером 128±30 нм. Видны пучкисравнительно тонких фибрилл. Между фибриллами тонко-фибриллярный и гранулярныйматериал (протеогликаны).Структуратерриториальногоматриксасуставногоиреберногохрящаисследовалась при большом увеличении (Рис.28).
Как для суставного, так и дляреберного хряща околоклеточная зона представлена более рыхлым мелкозернистымвеществом, содержащим тонкофибриллярные включения. Предположительно, данныеструктуры представляют собой минорные коллагены и сеть, образованную молекуламипротеогликанов.72Рисунок 28. Электронные микрофотографии территориального матрикса в интактномхряще, окраска уранилацетат: (а) – суставной хрящ, граница клетки (К) и матрикса (М). Видноядро (Я) с четкой границей, в матриксе тонкие коллагеновые фибриллы размером от 9 до 30 нм.Поперечно срезанные фибриллы (средний диаметр 17±6 нм) и более четко видна очень мелкаязернистость (протеогликаны).
(б) – реберный хрящ, резко-разрыхленный зернисто-волокнистыйматрикс (М) непосредственно вблизи границы клетки (К)Граница области лазерного воздействия для всех экспериментальных группвыявлялась анализом срезов на световом микроскопе и сопоставлением данныхэкспериментальных групп (2) – (5) с контрольной интактной группой (1). Областьструктурных изменений определялась на основе четырех критериев: (а) снижениеинтенсивности эозинофилии матрикса, (б) снижение метахромазии при окрашиваниитолуидиновым синим, (в) снижение фуксинофилии при окрашивании пикрофуксином,(г)наличиеклеточныхизменений,нетипичныхдляинтактногоконтроля:дистрофические изменения клеточных ядер, деструкция цитоплазмы, бесклеточныеобласти.
Было установлено, что граница области структурных изменений, вызванныхлазерным воздействием, не имеет четких очертаний и является диффузной. Измененияклеток и матрикса, вызванные лазерным воздействием, были максимальны уповерхности воздействия и наблюдались в меньшей степени вплоть до среднего слояхрящевой ткани.4.3. Влияние лазерного облучения4.3.1.
Коллаген и протеогликаныКак было показано с помощью метода ДСК для реберного хряща в Главе 2настоящей работы, а также описано для суставного хряща в работах [2,53,118],существуют такиепараметры лазерной модификации,при которых заметнойдеструкции коллагена хряща не происходит. В данной работе методом ДСКисследовались участки реберного хряща, содержащие пятно лазерного облучения, объем73которых составлял около 6 мм3. Такой объем содержит как область непосредственноготеплового лазерного воздействия, так и области ткани, в которых лазерное воздействиеограничивалосьнебольшимнагревомимеханическимипроцессамитепловогорасширения.
Таким образом, заметные структурные изменения коллагена при анализебольшого объема ткани не выявляются.Результаты гистологического анализа также свидетельствуют о том, что матриксхряща под влиянием всех факторов изменяется минимально. Данные ДСК, описанные вГлаве 2, подтверждаются результатами анализа срезов облученной ткани, окрашеннойпикрофуксином (Рис.29).Рисунок 29.
Гистологические срезы реберного хряща, окраска пикрофуксином по ВанГизону, увеличение х200: (а) интактный, (б) облученный (центр пятна облучения). Сниженияинтенсивности окрашивания в облученном хряще не наблюдается. Выраженная хондроннаяструктура: видны различия интенсивности окрашивания территориального имежтерриториального матрикса.При окраске срезов реберного хряща по Ван Гизону четко видна хондроннаяструктура: вокруг клеток территориальный матрикс окрашивается более интенсивно,чем межтерриториальный (Рис.29).
Для образцов суставного хряща хондроннаяструктура проявляется менее интенсивно. Различий в интенсивности окрашивания дляоблученного хряща по сравнению с интактным контролем также не наблюдается, чтосвидетельствует об отсутствии заметных изменений в структуре коллагена (Рис.30).74Рисунок 30. Гистологические срезы суставного хряща, окраска пикрофуксином по ВанГизону, увеличение х200: (а) интактный, (б) облученный (центр пятна облучения). Сниженияинтенсивности окрашивания в облученном хряще не наблюдается. Структура хондроноввыражена слабо.Для всех экспериментальных групп, в которых хрящ подвергали лазерномуоблучению, наблюдается снижение метахромазии при окраске толуидиновым синим,выявляемое только в зоне клеточных изменений. Это свидетельствует о некоторомуменьшении содержания кислых гликозаминогликанов в облученном хряще и,следовательно, изменение структуры протеогликанов.
Таким образом, как длясуставного (Рис.31), так и для реберного (Рис.32) хряща протеогликановая подсистемаявляется менее стабильной при лазерном воздействии.Рисунок 31. Гистологические срезы суставного хряща, окраска толуидиновым синим,увеличение х200.
(а) – интактный хрящ, (б) – облученный хрящ (центр пятна облучения).Заметное снижение метахромазии в облученном образце.75Рисунок 32. Гистологические срезы реберного хряща, окраска толуидиновым синим,увеличение х200. (а) – интактный хрящ, (б) – облученный хрящ (центр пятна облучения).Снижение метахромазии в облученном образце.Структуруоблученногохрящаанализировалиметодоматомно-силовоймикроскопии, так как данный метод позволяет получить информацию о тонкойструктуре коллагеновых фибрилл, а также об изменениях пространственной текстурыткани. Так, при анализе интактных срезов реберного хряща в межтерриториальномматриксе наблюдаются фибриллы с четкой очерченностью границ и среднейпериодичностью 62±7 нм (Рис.33).Рисунок 33.
АСМ изображение поверхности интактного реберного хряща (градиентноепреобразование профиля высоты). На вставке снизу график периодичности коллагеновойфибриллы, отмеченной на изображении синей линией.Анализ облученного хряща выявляет изменение тонкой структуры коллагеновогокаркаса, степень которого зависит от расстояния от поверхности облучения. Так,области хряща, непосредственноприлегающиек поверхности (до 150 мкм)характеризуются отсутствием четкой очерченности фибрилл, границы фибрилл в их76пучках становятся диффузными (Рис.34а).
Периодичность структуры также выявляетсяслабо.Рисунок 34. АСМ изображения межтерриториального матрикса реберного хряща (сигналамплитуды) : (а) – 150 мкм от облученной поверхности, границы фибрилл диффузные,периодичность не просматривается, (б) – 350 мкм от облученной поверхности, степеньизменений тонкой структуры фибрилл заметно ниже, (в) – 500 мкм от облученной поверхности,структура не отличается от интактной.Степень наблюдаемых изменений тонкой структуры быстро снижается припослойном анализе по направлению от поверхности облучения (Рис.34б). На глубинеуже около 0,5 мм от поверхности эти изменения не наблюдаются, и структура коллагенамало отличается от интактной (Рис.34в).АСМ анализ образцов, взятых из участков реберного хряща, которые в процесселазерноговоздействияподвергалисьмеханическомуискривлению(сжатиюирастяжению), выявляет особенности структурной организации матрикса, связанные сналичием областей плотной (для сжатой структуры) и достаточно разреженной (длярастянутой) упаковки коллагеновых фибрилл (Рис.35).
В образцах, подвергавшихсярастяжению в процессе лазерного воздействия, шаг периодичности коллагеновыхфибрилл несколько выше среднего и составляет 67±5 нм, что свидетельствует остабильности изменений микроструктуры хряща после лазерного воздействия и снятиярастягивающей нагрузки (Рис.35б). То же самое можно сказать о долговременнойстабильностинаблюдаемыхсжатыхобластейматриксасплотнойупаковкойколлагеновых фибрилл (Рис.35а).77Рисунок 35. АСМ изображения (сигнал амплитуды) реберного хряща, облученного в режимекоррекции формы: (а) – образец, подвергавшийся сжатию в процессе лазерного воздействия,плотная упаковка коллагеновых фибрилл, (б) – образец, подвергавшийся растяжению впроцессе лазерного воздействия, разреженная упаковка, много протяженных фибрилл сувеличенным средним периодом 67±5 нм.Текстура интактного и облученного хряща, полученная при анализе высотныхпрофилей АСМ, оказывается различной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
