CC BY
29
УДК 616.721.1:591.471.32:616-092.9.259.
Хижняк М.В.1, Григоровський В.В.2, Гафшчук Ю.Г.3
1 Вщдшення малошвазивно! i лазерно! спшально! нейрохiрургп, 1нститут нейрохiрургп iм. акад. А.П.Ромоданова НАМН Укра!ни, м. Ки!в, Укра!на
2 Вiддiл патоморфологп з експериментально-бiологiчним вiддiленням, 1нститут травматологи та ортопедп НАМН Укра!ни, м. Ки!в, Укра!на
3 Вiддiлення нейрохiрургп, Вiйськово-медичний клiнiчний центр Пiвденного регюну Мiнiстерства оборони Укра!ни, м. Одеса, Укра!на
Експериментальна модель дегенерацií мiжхребцевих дисшв хвостового вiддiлу у щурiв
Вступ. Представленi основнi групи експериментальних моделей дегенеративно-дистрофiчних змiн у мiжхребцевих дисках.
Матер1али 1 методи. Запропонована експериментальна модель для вивчення послщовносл формування дегенеративних змш у мiжхребцевих дисках.
Результати. Морфологiчнi змiни вивчали через 30 дiб, 2 i 3 мiс. Встановлено, що компресшний чинник мае ключове значення у формуванш дегенеративно-дистрофiчних процесiв у мiжхребцевих дисках.
Висновки. Отриманi результати шдтверджують адекватнiсть створено! експериментально! моделi остеохондрозу.
Ключов1 слова: мiжхребцевий диск, дегенеративна змуни, експериментальна модель.
Вступ. Одшею з невиршених проблем сучасно! вертебрологп та неврологи е комплекс захворювань, пов'язаних з дегенеративними змiнами у мiжхреб-цевих дисках. Розвиток клггинних технологiй, бюло-гiчне моделювання остеохондрозу та його ускладнень вщкривають новi можливостi для припинення й регресу дегенерацп в хрящовiй тканинi. Причини дегенерацп та особливостi репаративних можливос-тей мiжхребцевого диска не розкрип, внаслiдок чого лiкування дегенеративного ураження хребта не е патогенетично обгрунтованим, питання вщновлення структури мiжхребцевого диска актуальш.
У людини важливим чинником виникнення дегенеративних змш е прямоходшня (бiпедалiзм), у зв'язку з чим тиск на мiжхребцевий диск, особливо у поперековому вщдШ хребта, на який припадае основне навантаження, шдвищений. Тому змен-шення кiлькостi нотохордальних клггин у людини вiдбуваеться вщносно рано у порiвняннi з такою у бшьшосл ссавцiв [1, 2]. Важливу роль у зменшенш юлькосл нотохордальних клiтин у людини ввдгра-ють травматичнi чинники, шкiдливостi, професшш заняття спортом [3]. Вiдтворити адекватну модель дегенеративних змш хребта на тваринах досить складно. Iснуючi експериментальш моделi дегенеративних захворювань мiжхребцевих дискiв можна розподiлити на групи. Перша група включае модель, в основу яко! покладений механiчний вплив на мiжхребцевий диск у виглядi його дестабШзацп шляхом руйнування зв'язкового апарату, пошкодження драглистого ядра гострими предметами (голками) або його асшрацп [4, 5].
Друга група включае модель, основану на руйну-ваннi драглистого ядра хiмiчними реагентами, в тому числi протеолiтичними ферментами або апоптогена-ми. Основу дано! моделi складають хiмiчнi речовини, що спричиняють загибель нотохордальних клггин шляхом шдукцп апоптозу чи некрозу [6, 7].
Оптимальним способом впливу шд час моде-лювання остеохондрозу могли б бути принципи ме-хашчно! компресп мiжхребцевого диска. Оскiльки у
людини хребтовий стовп розташований вертикально, основним пошкоджуючим чинником може бути ком-преая, а його фiзiологiчнi кривини зумовлюють !! асиметрiю. На цьому принцип основана третя група експериментальних робгг — моделювання компресп мiжхребцевого диска [1, 8, 9].
З експериментальних моделей, що iмiтують тиск вище розташованого вiддiлу хребта на мiжхребце-вий диск, основою е моделювання бiпедалiзму, або прямоходiння [10]. Симулювати процес прямоходшня та компресп можна з використанням спещальних мехашчних конструкцш, що забезпечують стискання мiжхребцевого диска. Так, дослiдники використову-вали зовшшш металевi фiксатори, оснащенi гвин-том для регулювання ступеня навантаження, яю прикрiплювали до поперекових хребщв вищого та нижчого рiвня [11]. Бшьш доступний з техшчно! точки шший зору спосiб моделювання симетрично! компресп [12]. Як об'ект дослщження обранi мiжхребцевi диски хвостового вщдшу щура вiком 4-5 м^. На рiвнi Ссу111-Сс1Х встановлювали систему, сконструйовану за типом апарата Азарова, що дозволяло здшснювати регульовану компресш на мiжхребцевий диск.
Оскiльки людина перебувае у положенш стоячи перюдично, запропоновано використовувати перю-дичну, або циклiчну, компресiю [13].
Результати з використанням експериментально! моделi з зовшшшми фiксаторами (спицями) апарата Iлiзарова свщчили, що таке пошкодження спричи-няло патолопчш процеси в мiжхребцевому диску, проте, наявшсть стороннiх предметiв безпосередньо бшя об'екту дослiдження може негативно впливати на результати дослщження. Крiм того, iснуе потен-цiйний ризик шфшування ранових каналiв i юстки (шпицевий остеомiелiт), особливо у вщдалений перiод, що iнодi унеможливлюе спостереження протягом тривалого часу.
Одшею з найбшьш вдалих моделей вважають модель на щурах з асиметричною статичною комп-реаею хвостового вщдшу хребта [14, 15]. Моделювання не потребуе складних пристро!в, патологiчнi змши в
© Хижняк М.В., Григоровський В.В., Гафшчук Ю.Г., 2012
мiжхребцевих дисках i тшах хребщв за деякими озна-ками вiдповiдають дегенеративним змiнам у людини. Проте, зважаючи на комплексний характер взаемодп патогенетичних чинникiв на структури сегменлв хвостового вiддiлу хребта щурiв при асиметричнiй компресп, динамша морфологiчних змiн мiжхребце-вого диска у фiброзному кiльцi та тш хребцiв в цiй моделi недостатньо вивчеш. Одним з недолiкiв моделi Pazzaglia [14] е ненадiйнiсть фжсацл хвостового вiддiлу дротом, а також можливють порушення кровопоста-чання; моделi Волкова [15] — ненадiйнiсть фшсацп хвостового вiддiлу до шкiри спини, у зв'язку з чим можливе змщення клаптя шюри, що, вщповщно, зу-мовлюе не завжди адекватну асиметричну статичну компресш у хвостовому вщдШ хребта.
Мета дослiдження: розробити експериментальну модель остеохондрозу.
Матерiали i методи дослщження. Експеримен-тальна модель вiдпрацьована на 11 бших лаборатор-них щурах популяцп експериментально-бюлопчно1 клiнiки ДУ «1нститут нейрохiрургil iм. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украши», маса тiла — вщ 280 г, вiк 6-7 м^. Дослiдження з лабораторними тваринами проведет за протоколом експериментiв, вщповщають сучасним вимогам бiоетики, затвердженим Комиетом з бiоетики 1нституту, правилам ввропейсько! кон-венцп захисту хребетних тварин та закону Украши «Про захист тварин вщ жорстокого поводження». Ев-таназiю тварин здiйснювали шляхом передозування (шгаляцшно) ефiру.
Тварин вводили в наркоз шляхом внутршньом'язово! ш'екцп розчину калшсолу 50 мг/кг або шгаляцп ефiру. Для мшцево1 анестезп тваринам вводили 2% розчин лщокашу 2% 0,4 мл в основу хвоста. Шерсть в дшянщ операцшного поля видаляли, шюру обробляли тричi 70% розчином етанолу та 1% розчином йоду (рис. 1).
Рiвень резекцп хвоста визначали шляхом його згинання без додаткового зусилля та прикладання до попереково-крижового вщдшу хребта на рiвнi L—SI — до мiсця фшсацп, що вiдповiдало рiвню
Ссх^-СсХГ (Рис. 2).
Пiд загальним знеболюванням в умовах антисептики накладали резиновий джгут на основу хвоста для попередження кровотечi за можливого пошкод-ження судин. Виконували циркулярний розрiз шкiри хвоста на рiвнi Сс -Сс хребцiв хвостового вщдшу хребта, та ще один — на 1 см крашальшше. Дшянку шкiри мiж двома розрiзами висiкали до сухожилля. Резекцiю 2/5 дистально! частини хвостового вiддiлу хребта здшснювали по мiжхребцевому диску, розта-шованому в центрi операцшно1 рани. В подальшому на кiнцевий хвостовий хребець накладали циркулярний шов та шдшивали П-подiбним швом до зв'язок i м'язiв попереково-крижового вщдалу хребта на рiвнi LIV-SI ниткою УкгП 3/0 (Jonson&Jonson,USA). У такий споыб формували надiйний вигин хвостового вщдшу хребта (рис. 3).
Операцшну рану обробляли 1% розчином йоду. Тварин вмщували в теплий контейнер до пробуд-ження, потiм переносили в клггки. Тварини пiсля операцп перебували пiд постiйним наглядом.
Клггини вилучали для культивування з мiжхреб-цевих дискiв резековано1 частини хвоста за вщповщ-ною методикою.
Динамiку патологiчних змш структури мiжхреб-цевих дискiв хвостового ввдд^у щура в умовах статично1 асиметрично1 компресп вивчали на 3, 7, 14 та 30, 60-ту i 90-ту добу; процес репарацп у мiжхребцевих дисках пiсля трансплантацп та усу-нення провокуючого чинника вивчали через 30 i 60 дiб, залежно вiд поставленого завдання.
Результати та Чх обговорення. В розробленш нами експериментальнiй моделi через 30 дiб пiсля компресп хвостового ввддалу хребта за даними пс-тологiчного дослiдження (зб.х32) вiдзначали сплю-щування, фiбронекроз, розшарування колагенових пластин на боц компресп, пролiферацiю хондроцилв
Рис. 1. Визначення рiвня резекцп хвоста.
Рис. 2. Хщ операцп. Етап шдшивання кукси кiнцевого хвостового хребця П-подiбним швом до зв'язок та м'язiв поперекового вiддiлу хребта на
ршш LIV-Lv
Рис. 3. Сформований вигин хвостового вщдалу хребта.
Рис. 4. Мшрофото через 1 Mic компресп. Забарв-лення гематокcилiном та еозином. Зб.х160.
фiброзного кiльця навколо вогнища некрозу на бощ компресп (рис. 4).
Через 2 Mic компресп в пстопрепарал (зб.х25) cпоcтерiгали змiщення драглистого ядра, сплющення його на боЦ компресп, трiщини, збiльшення висоти епiфiзiв. При збiльшеннi х80 вiдзначали фiбронекроз, розшарування та розрив пластин фiброзного кiльця на боцi компресп.
Через 3 м^ компресп виявляли некроз частини нотохордальних клггин драглистого ядра (зб.х160), а також неоднорiднicть пошкодження колагенових пластин фiброзного кiльця на бощ компресп, пере-будований остеофгг.
Перевагами запропоновано! моделi е простота ll вiдтворення, немае потреби у застосуванш складних пристро1в, вiдcутнicть ускладнень, що дозволяе в пов-ному обcязi оцiнити дегенеративнi змiни в мiжхреб-цевих дисках в рiзнi перiоди спостереження.
Висновки. 1. Отримаш данi cвiдчать, що осьове навантаження справляе пошкоджувальний вплив на мiжхребцевий диск, спричиняе в ньому дегенеративш змiни, що пiдтверджуе адекватнicть створено1 екс-периментально1 моделi остеохондрозу.
2. Принциповою вiдмiннicтю створено1 моделi е простота ll вiдтворення, вiдcутнicть ускладнень.
Список лггератури
1. Lotz J.C. Animal models of intervertebral disc degeneration: lessons learned / J.C. Lotz // Spine. — 2004. — V.29, N23.
— P.2742-2750.
2. Roughley P.J. Biology of intervertebral disc aging and degeneration: Involvement of the extracellular matrix / P.J. Roughley // Spine. — 2004. — V.29, N23. — P.2691-2699.
3. Hunter C.J. The functional significance of cell clusters in the notochordal nucleus pulposus: survival and signaling in the canine intervertebral disc / C.J. Hunter, J.R. Matyas, N.A. Duncan // Spine. — 2004. — V.29, N10.
— P.1099-1104.
4. The relationship between apoptosis of endplate chondrocytes and aging and degeneration of the
intervertebral disc / K. Ariga, S. Miyamoto, T. Nakase [et al.] // Spine. — 2001. — V.26. — P.2414-2420.
5. Successful in vivo gene transfer to intervertebral discs in a slowly progressive and reproducible animal model of disc degeneration / J.S. Kim [et al.] // 50th Ann. Meeting of the Orthopaedic Research Society. — San Francisco, 2004.
6. Chemonucleolytic effects of chondroitinase ABC on normal rabbit intervertebral discs: Course of action up to 10 days postinjection and minimum effective dose / T. Takahashi,
H. Kurihara, S. Nakajima [et al.] // Spine. — 1996. — V.21.
— P.2405-2411.
7. An in vivo model of degenerative disc disease / J.P. Norcross, G.E. Lester, P. Weinhold, L.E. Dahners // J. Orthop. Res. — 2003. — V.21, N1. — P.183-188.
8. Changes in nuclear composition following cyclic compression of the intervertebral disc in an in vivo rat-tail model / C.T. Ching, D.H. Chow, F.Y. Yao, A.D. Holmes // Med. Eng. Phys. — 2004. — V.26, N7. — P.587-594.
9. Stokes I.A. Mechanical conditions that accelerate intervertebral disc degeneration: Overload versus immobilization / I.A. Stokes, J.C. Iatridis // Spine. — 2004.
— V.29, N23. — P.2724-2732.
10. A study of the effects of bipedism and upright posture on the lumbosacral spine and paravertebral muscles of the Wistar rat / J.D. Cassidy, K. Yong-Hing, W.H. Kirkaldy-Willis, A.A. Wilkinson [et al.] // Spine. — 1988. — V.13, N3. — P.301-308.
11. New in vivo animal model to create intervertebral disc degeneration and to investigate the effects of therapeutic strategies to stimulate disc regeneration / M.W. Kroeber, F. Unglaub, H. Wang // Spine. — 2002. — V.27. — P.2684-2690.
12. Compression-induced changes in intervertebral disc properties in a rat tail model / J.C. Iatridis, P.L. Mente,
I.A. Stokes [et al.] // Spine. — 1999. — V.15, N24(10).
— P.996-1002.
13. The effect of cyclic compression on the mechanical properties of the inter-vertebral disc: an in vivo study in a rat tail model / C.T. Ching, D.H. Chow, F.Y. Yao [et al.] // Clin. Biomech. (Bristol, Avon). — 2003. — V.18.
— P.182-189.
14. Pazzaglia U.E. The effects of mechanical forces on bones and joints. Experimental study on the rat tail / U.E. Pazzaglia, L. Andrini, A. Di Nucci // J. Bone Joint Surg.
— 1997. — V.79-B, N6. — P.1024-1030.
15. Волков А.В. Морфологические изменения межпозвонкового диска крысы в условиях асимметричной статичной компрессии: дис. ... канд. мед. наук: спец. 03.00.25. — гистология, цитология, клеточная биология / А.В.Волков. — М., 2008. — 133 с.
Надшшла до редакцгг 02.04.12 Прийнята до публтацИ 17.05.12
Адреса для листування:
Хижняк Михайло Вiталiйович 04050, Кшв, вул. Платона Майбороди, 32 1нститут нейрохiрургiï iM. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украти вiддiлення малотвазивног i лазерног стнальног нейрохiрургiï e-mail: [email protected]
Хижняк М.В.'., Григоровский В.В.2, Гафийчук Ю.Г.3
1 Отделение малоинвазивной и лазерной спинальной нейрохирургии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины, г. Киев, Украина
2 Отдел патоморфологии с экспериментально-биологическим отделением, Институт травматологии и ортопедии НАМН Украины, г. Киев, Украина
3 Отделение нейрохирургии, Военно-медицинский клинический центр Южного региона Министерства обороны Украины,
г. Одесса, Украина
Экспериментальная модель дегенерации межпозвонковых дисков хвостового отдела у крыс
Вступление. Представлены основные группы экспериментальных моделей развития дегенеративно-дистрофических изменений в межпозвонковых дисках.
Материалы и методы. Предложена экспериментальная модель для изучения последовательности формирования дегенеративных изменений в межпозвонковых дисках.
Результаты. Морфологические изменения изучены через 30 сут, 2 и 3 мес. Установлено, что компрессионный фактор имеет ключевое значение в формировании дегенеративно-дистрофических процессов в межпозвонковых дисках.
Выводы. Полученные результаты подтверждают адекватность созданной экспериментальной модели остеохондроза.
Ключевые слова: межпозвонковый диск, дегенеративные изменения, экспериментальная модель.
Поступила в редакцию 02.04.12 Принята к публикации 17.05.12 Адрес для переписки:
Хижняк Михаил Витальевич 04050, Киев, ул. Платона Майбороды, 32 Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины отделение малоинвазивной и лазерной спинальной нейрохирургии e-mail: [email protected]
Khyzhnyak M.V.1, Grygorovsky V.V.2, Gafiychuk Yu.G.3
1 Department of Miniinvasive and Laser Spinal Neurosurgery, Institute of Neurosurgery named after acad. A.P. Romodanov NAMS Ukraine, Kiev, Ukraine
2 Department of Pathomorphology with Bio-Experimental Unit, Institute of Traumatology and Orthopedics of NAMS of Ukraine, Kiev, Ukraine
3 Department of Neurosurgery, Military Medical Clinical Center of South Region of Ministry of Defense of Ukraine, Odessa, Ukraine
Experimental model of intervertebral discs degeneration in rat's tail
Introduction. Main groups of experimental models of degenerative and trophic changes in intervetebral discs are given.
Materials and methods. An experimental model for study of sequence of degenerative changes forming in intervetebral discs was proposed.
Results. Morphological changes were studied after 30 days and 2 and 3 months. It is established that compression factor plays a key role in degenerative and trophic changes of intervertebral discs.
Conclusions. The obtained results confirm adequacy of the created experimental model of osteochondrosis.
Key words: intervertebral disc, degenerative changes, experimental model.
Received April 02, 2012 Accepted May 17, 2012
Address for Correspondence:
Mikhail Khyzhnyak 04050, 32 Platon Mayborodа St, Kiev, Ukraine Institute of Neurosurgery named after acad. AP Romodanov NAMS of Ukraine, Department of Miniinvasive and Laser Spinal Neurosurgery e-mail: [email protected]
Комментарий
к статье Хижняка М.В. и соавторов «Експериментальна модель дегенерацп м'жхребцевих диск'в хвостового вiддiлу у щур'в»
Остеохондроз позвоночника — весьма распространенное заболевание. В этом контексте стоит вспомнить фразу о том, что «остеохондроз является расплатой современного общества за прямохожде-ние». Его медико-социальные последствия крайне болезненны для современного общества: второе место по количеству дней нетрудоспособности, миллиарды долларов, суммарно затрачиваемых на покупку препаратов и выполнение операций.
В последнее время идет поиск и активное внедрение новых технологий по лечению заболевания. Вопросы профилактики и исследование причин остеохондроза отходят на второй план, что по сути неправильно. В работе коллективом авторов приведен обзор существующих моделей по изучению факторов
формирования дегенеративно-дистрофических изменений в межпозвонковых дисках, описаны результаты проведенных экспериментов на животных. В предложенной авторами модели создавалась чрезмерная нагрузка на соответствующие отделы межпозвонковых дисков в области хвоста подопытных животных. Полученные данные подтверждают ранее существовавшие теории о важной роли компрессионного фактора в формировании дегенеративно-дистрофических изменений в позвоночнике. Также положительным моментом является легкость воспроизведения предложенной экспериментальной модели. Работа имеет несомненную научно-практическую ценность и описывает малоизученные аспекты распространенной проблемы остеохондроза.
Ю.Е. Педаченко, канд. мед. наук, ассистент кафедры нейрохирургии Национальной медицинской академии последипломного образования имени П.Л. Шупика МЗ Украины
