CC BY
31
■ Орипнальы дослiдження_|ТпЯРМЯ
Original Researches I pdbMd
УДК 616.728.3-018.3-007.24-036.1-089-092.9 DOI: 10.22141/1608-1706.6.19.2018.152223
Ткачук П.В., Страфун С.С., Савосько С.1., Макаренко О.М. ДУ «1нститут травматологи та ортопеда НАМН Укра/ни», м. Ки/в, Укра/на Нац1ональний медичний ун1верситет ¡мен10.О. Богомольця, м. Ки/в, Укра/на
Вивчення структурних особливостей при експериментальному хрошчному ocTeoapTpo3i колшного суглоба в кро^в
Резюме. У статтi описано власний спосб моделювання травматичного остеоартрозу колнного суглоба в кролiв. Тваринам здiйснювали доступ до суглоба, перестали великогомлкову зв'язку, механчним шляхом проводили деструкцю центрально/ длянки епiфiзарно¡ поверхн епiфiза великогомлково/ кстки, су-дини суглобово/ сумки коагулювали по контуру суглоба для створення додатково/ шем'зацИ. Пстологiчнi досыдження через 1,5 i 2,5 мсяця псля операцИ засвдчили дегенеративн змни па^нового хряща, редукцю товщини i клтинного складу хряща, iнвазiю кровоносних судин i формування лакун у глибоких шарах хряща. Виявлен випадки повно/ (тотально/) дегенерацП суглобово/ поверхн'1. Ключовi слова: дегенеративн змни; експеримент; модель остеоартрозу
Вступ
Дослщження елементарних моделей остеоартрозу (остеоартриту) сьогодш е щкавим напрямом вивчення в науковш медичнш сфер^ що пояснюеться значним поширенням i високою соцiальною значимiстю дано1 патологй'. У сучаснш науковiй лiтературi остеоартроз розглядаеться як гетерогенна група захворювань рiзноï етiологiï з подiбними бiологiчними, морфолопчними i клiнiчними проявами [1—3].
Загальноприйнятою свiтовою практикою е моделювання остеоартрозу в лабораторних тварин iз до-слiдженням ефективностi рiзних методiв лiкування. При цьому використовують рiзнi види лабораторних тварин. На сьогодш запропоновано три основш на-прямки моделювання остеоартрозу: 1) шляхом введен-ня в суглоб хiмiчних речовин (стерощних препаратiв, парорiдинного струменя азоту); 2) за рахунок фiзич-них факторiв (значного фiзiологiчного навантаження); 3) мехашчними i травматичними порушеннями, що призводять до вiдсутностi стабiльностi суглоба [4].
Найчастше моделювання остеоартриту вщбуваеть-ся за рахунок попадання в суглоб агенпв, що суттево шкодять його елементам. Наприклад, у робота [5] роз-глянутий спосiб моделювання остеоартрозу дворазо-вим внутрiшньосуглобовим введенням мишам 1 од. колагенази VII ф Clostridium histolyticum) з штервалом
у 2 днi. Внутрiшньосуглобова ш'екщя препарату по-слаблюе суглобовi зв'язки, що викликае нестабiльнiсть суглоба. При цьому повномасштабний остеоартроз розвиваеться протягом 6 тижшв.
Можливим також е введення в колшний суглоб на-трiевоï солi монойодуксусно!' кислоти [6], дексамета-зону [7]. Зручнiсть даних методiв моделювання остеоартрозу полягае в нешвазивносп, проте основним ix недолiком е потужний системний вплив на органiзм, що вiдображаеться як у локальних паталогiчниx змiнаx, так i на всш обмiннiй системi тварин.
Достатньо вiдомим е спошб моделювання остеоартриту, що полягае у введенш один раз на добу в суглоб лабораторних щурiв вггамшу А (iз розрахунку 13,5— 13,9 мг на 1 кг маси тта) протягом 2 дiб, що порушуе процеси синтезу/резорбцй' тканин суглоба i призво-дить до яскраво виражених запальних деструктивних змiн у суглобi та параартикулярних тканинах [8].
Радикальним xiрургiчним способом моделювання остеоартрозу можна вважати метод формування експе-риментального артриту колшного суглоба шляхом ви-далення латерального виростка стегна в кроликов [9]. Бтьш щадним напрямком е нанесення дефекпв рiзно-го ступеня тяжкост на суглобову поверхню та пошко-дження зв'язкового апарату. Наприклад, широко вщо-мим е спосiб моделювання посттравматичного артрозу
© «Травма» / «Травма» / «Trauma» («Travma»), 2018
© Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2018
Для кореспонденци: Страфун Серий Семенович, ДУ «1нститут травматологи та ортопеди НАМН УкраТни», вул. Бульварно-Кудрявська, 27, м. Кшв, 01601, Укра'ша; e-mail: [email protected] For correspondence: Serhii Strafun, State Institution "Institute ofTraumatology and Orthopaedics of the NAMS of Ukraine'; Bulvarno-Kudriavska st., 27, Kyiv, 01601, Ukraine; e-mail: [email protected]
тазостегнового суглоба щурiв за допомогою нанесення стандартного дефекту у виглядi круглого отвору даа-метром 2 мм, що проникае через суглобовий хрящ у субхондральну истку [10]. Запальш i дегенеративно дистрофiчнi змiни зв'язкового апарату, як правило, викликаш травмуванням у колiнному суглобi. Часто перетинають передню хрестоподiбну зв'язку — таку методику застосовують у собак [11], кролиыв [12—14], щурiв [15]. Використання даного способу спричиняе стабтьш змши в суглобному хрящi та субхондральнш кiстцi, яи будуть помiтнi ттьки через 30—40 днiв пiсля операци. Але цi змiни також е обмеженими i тому не вщображають випадки тотально! втрати суглобово! по-верхнi. У зв'язку з цим е потреба розробки тако! моделi остеоартрозу.
Мета роботи: розробити експериментальну модель остеоартрозу в кролiв iз подальшим дослiдженням спо-собiв лiкування даного захворювання.
Матерiали та методи
Дослщження проведено на кролях вагою 3—4 кг. Модель остеоартрозу полягала в мехашчному пошко-дженнi суглобово! поверхш великогомiлково!' кiстки.
Для цього тварин наркотизували тiопенталом натрiю в дозi 60 мг/кг (внутрiшньоочеревинно). Тварин у ста-нi наркотичного сну фшсували в положеннi на спинi. Дтянку шкiри навколо колiнного суглоба брили та зрошували бетадином (Egis, Угорщина). Скальпелем здiйснювали доступ до колшного суглоба через медь альну поверхню, пересiкали великогомiлкову зв'язку. Шляхом циркулярних обертiв модифiкованою спицею Ызарова з напайкою, пошкоджуюча частина яко! приводилася в рух низькообертовим приводом, наносили пошкодження в центральнш дiлянцi суглобово! поверхнi. Епiфiзарну поверхню стегново! кiстки зали-шали штактною. Суглобову сумку зашивали шовним матерiалом 3/0. По поверхнi суглобово! сумки здш-снювали термiчну коагуляцiю з метою створення ре-гiонального iшемiчного пошкодження. Шкiру на рiвнi доступу також зашивали матерiалом 3/0 i зрошували бетадином.
Через 1,5 i 2,5 мюяця пiсля моделювання артрозу тварин виводили з експерименту шляхом швидко! декаттаци. Здiйснювали доступ до колiнного суглоба, анатомiчнi утворення суглоба фшсували протягом 3 днiв у 10% розчиш нейтрального формалiну. Шс-
Г
Рисунок 1. Кол1нний суглоб дослдно/ групи тварин Примаки: А — контралательна к!нц!вка (неушкоджений суглоб); Б — ¡псилатеральна к!нц!вка (за-палення кол!нного суглоба); В — вид'шеш препарати кол!нного суглоба (зл'ва — контралательний, справа — ¡.псилатеральний); Г — суглобов! менски ¡псилатерально/ к!нц!вки
ля фжсацп видiляли епiфiз великогомiлковоï кктки. Зразки промивали i проводили декальцинацш в роз-чинi OsteoFast 2 (BioGnostLtd., Хорватiя) упродовж 4—5 тижшв (3 змши декальцинуючого розчину). Шсля завершення декальцифiкацiï проби промивали водою. 1з зразк1в отримували крiозрiзи товщиною 20—25 мкм. Зрiзи забарвлювали толущиновим син1м та за методикою Шморля. Г1столог1чн1 зр1зи помiщали шд покрив-не скельце в синтетичний бальзам.
Препарати суглобово'1' поверхнi дослщжували на м1-кроскоп1 Olympus BX 51. Кльюсну оц1нку проводили за методикою, що описана в публжацп J. Fitzgerald (2008) [16]. Методолопчний шдх1д дозволив отримати узагальнену картину якгсних та к1льк1сних зм1н суглобово'1' поверхш. Результат дослiдження ощнювали в балах. У шкалу включено 5 показниюв: зм1ни клггинно'1' морфологи (0—4 бали), рiвень забарвлення матриксу хряща (0—3), регуляршсть поверхш (0—3), товщину хряща (0—2) та штеграцш з нативним хрящем (0—2).
Максимальна кшьюсть балiв за шкалою — 14, мш-мальна — 0, що вщповщае повнiй деструкцп хрящово'1' поверxнi епiфiза к1стки.
Статистичну оцшку проводили за непараметричним критерiем Крускала — Уоллiса. Ви61рки даних аналь зували з використанням програмного забезпечення OriginLab version 8.0. Результати вим!рювань наведено у вигляд1 мед!ани з меншим та 61льшим квартилем (M [Q1—Q3]). Р1зницю вважали статистично в!ропд-ною при P < 0,05.
Результати та ïx обговорення
Через 1,5 i 2,5 мгсяця шсля операцп 6уло дослiджено колшний суглоб тварин на макроскотчному та мжро-скоп1чному р1внях. Колiнна дшянка характеризувалася з6iльшенням щ1льност1 кровоносних судин, набряком сугло6ово'1' сумки, наявнiстю рубцевих змш навколо д1-лянки х!рурпчного доступу до суглобових поверхонь. На рис. 1 показано результати макроскопп колшного
Рисунок2. Пстолопчне дослдження суглобово'!'поверхн'1 великогом'шково)'юстки досл'щних тварин Примаки: А — через 1,5 мiсяця псля моделювання артрозу; Б, В — через 2,5 мсяця пiсля моделювання артрозу; Г — через 2,5 мсяця псля моделювання артрозу та внесення збагачено)" тромбоцитами плазми. Забарвлення толущиновим сишм (А), за методикою Шморля (Б-Г). Шкала 100 мкм
суглоба. Виявлено рiзного рiвня деструктивнi змши суглобово! поверхнi. Хрящова основа епiфiзарно! по-верхнi була зменшена в товщиш, вiдмiчено дiлянки повно! деструкци й «оголення» кустки. Латеральнi да-лянки епiфiзарно! поверхнi на макроскопiчному рiвнi залишались незмiненими. Менiск мiж суглобовими поверхнями також вiзуально був не змшений, що дозволило його вщдтити вiд епiфiзарно! поверхш.
На рис. 2 показано результати пстолопчного досль дження латерально! поверхш епiфiза великогомiлково! кiстки. Головними структурними проявами деструк-тивних змiн були зменшення товщини хрящово! поверхш, редукцiя клiтинного складу, змiна контуру мiж гiалiновим хрящем i ыстковою тканиною. Мiж термь нами спостереження вiдмiчено прогресуюче зменшення клггинного складу хряща. Лакуни iзогенних груп часто були порожнiми, хоча хрящовий матрикс структурно був збереженим. Рiвень профарбовування i мета-хромазiя хрящового матриксу при забарвленнi толу!ди-новим синiм був зменшеним, що вказуе на зменшення
вмюту кислим гткозамшокткашв у хондромукоïдi. Поверхневий шар палшового хряща часто деформо-ваний, безклгганний. Вiдмiчено локальнi деформаци' i заглиблення в товщу шару хряща. Це е свiдченням де-формацшних змiн латеральних поверхонь. У глибоких шарах хряща реестрували появу лакун i3 кровоносними судинами. Судини з лакунами проникали в палшовий хрящ, змшюючи контур епiфiзарноï поверхнi. Щ змiни було оцiнено як прояв деструктивних змiн й iнiцiацiï остеоартрозу.
У табл. 1 наведено результати ктьысно1 оцiнки структурних змiн епiфiза великогомiлковоï кiстки контралательно!' та шсилатерально!' кiнцiвки. Виявлено тенденцiю прогресуючо1 деструкци' латеральних поверхонь палшового хряща. Статистично значущо!' рiз-ниш за шкалою J. Fitzgerald (2008) мiж термiнами 1,5 i 2,5 мюяця не виявлено.
На основi результатiв гiстологiчних дослiджень зро-блено висновок про те, що запропонована модель до-зволяе вщтворити остеоартроз колiнного суглоба з чп-
Таблиця 1. Кшьюсна оц'шка деструктивних змн суглобовоï noBepxHi великогомлковоï кстки
Показник Бал Контроль Артроз — 1,5 мюяця Артроз — 2,5 мюяця
Клтинна морфологя
Палшовий хрящ 4 4
Переважно палшовий хрящ 3 3 3 3 3 3 3 3 3 0
Переважно фiброзно-хрящова 2 2
Переважно нехрящова 1
Лише нехрящова 0
Забарвлення матриксу
Нормальне 3 3 3
Частково зменшене 2 2 2 2
Суттево зменшене 1 1 1 1 1 1
Не забарвлюеться 0 0
Регулярнсть поверхн
Домшуе — вщ 75 до 100 % 3 3
Помнрна — вщ 50 до 75 % 2 2 2 2 2 2 2 2 1
Нерегулярна — вщ 25 до 50 % 1 1
Строго нерегулярна 0 0
Товщина хряща
> 2/3 2 2 2 2 2
1/2-2/3 1 1 1 1 1 1 1
<1/2 0 0
1нтеграц1я хрящових основ
Обидва края штегроваы 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Один край штегрований 1
Жоден край не штегрований 0 0
Загальна ктькють балiв 14 12 9 10 10 7 11 10 9 8 0
M [Q1-Q3] 14 10 [8-11] 9 [4-10,5]
кою локалiзацieю та обсягом ураження. Зменшення рiвня профарбовування хондромукощу e раншм проя-вом структурних змiн хряща. Редукция хондроцитiв вна-слщок набряку i деструкци клiтин, апоптозу хондроци-тiв e раннiм проявом дегенеративних змш. Прогресуючi змiни характеризуються деструкщею i втратою поверх-невим шарiв епiфiзарного хряща. Iнвазiя кровоносних судин у гiалiновий хрящ i3 супутньою дегенерацieю i редукцieю глибоких шарiв хряща е раннiм морфолопч-ним проявом остеоартрозу. Втрата епiфiзарного хряща й «оголення» истково1 тканини e остаточним (инцевим) етапом розвитку остеоартрозу.
Конфлжт iHTepeciB. Автори заявляють про вщсут-нiсть конфлiкту iнтересiв при шдготовщ дано! статтi.
Список л^ератури
1. Felson D.T. Arthroscopy as a treatment forknee osteoarthritis //Ibid. - 2010. - V. 24, № 1. - P. 47-50.
2. Appleton C, Pitelka V., Henry J., Beier F. Global analyses of gene expression in early experimental osteoarthritis // Arth. Rheum. - 2007. - V. 56, № 6. - P. 1854-1868.
3. Van Dijk G., Veenhof C, Lankhorst G, Dekker J. Limitations in activities in patients with osteoarthritis of the hip or knee: the relationship with body functions, comorbidity and cognitive functioning // Disabil. Rehabil. - 2009. - V. 31, № 20. -P. 1685-1691.
4. Englund M. The role of biomechanics in theinitiation and progression of OA of the knee // Best Pract. Res. Clin. Rheumatol. - 2010. - V 24, № 1. - P. 39-46.
5. Seung'Ah Y, Bo'Hyoung P., Hyung'Ju Y. et al. Cal-cineurin Modulates the Catabolic and Anabolic Activity of Chondrocytes and Participates in the Progression of Experimental Osteoarthritis //Arth. Rheum. - 2007. - V. 56, № 7. -P. 2299-2311.
6. Baragi V.M., Becher G., Bendele A.M. et al. A newclass of potent matrix metalloproteinase 13 inhibitors for potential treatment of osteoarthritis: Evidence of histologic and clinical efficacy without musculoskeletal toxicity in rat models // Ibid. — 2009. - V. 60, № 7. - P. 2008-2018.
7. Вишневский В.А., Малышкина С.В. Моделирование артроза путем введения дексаметазона в коленный сустав крысы // Ортоп. травмат. протезир. — 2004. — № 4. - С. 76-80.
8. Пат. 79206 Укрмна, МПК8 G 09 В 23/28.Cnoci6 мо-делювання остеоартрозу з синовитом / Коваленко В.М., Вкторов О.П., Корж М.О., Дедух Н.В., Лисенко 1.В., за-явник i патентовласник 1нститут кардшлоги iM. акад. М.Д. Стражеска АМН УкраЫи. — № 200510418; Заявл. 4.11.2005; Опубл. 25.05.2007; Бюл. № 7.
9. Engh G.A., Chrisman O.D. Experimentalarthritis in rabbit knees: a study of relief ofpressure on one tibial plateau in immature and mature rabbits// Clin. Orthop. Relat. Res. — 1977. — V. 125. — P. 221-226.
10. Зупанец И.А., Дроговоз С.М., Бездетко Н.В., Дедух Н.В. Экспериментальное моделирование посттравматического остеоартроза тазобедренного сустава у крыс // Оценка фармакологической активности химических соединений: принципы и подходы: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. — М., 1989. — Ч. 2. — С. 132-133.
11. Smith G. Jr, Myers S.L., Brandt K.D. et al. Effect of intraarticular hyaluronan injection on vertical ground reaction force and progression of osteoarthritis after anterior cruciate ligament transaction // J. Rheumatol. — 2005. — V. 32, № 2. — P. 325-334.
12. Ozkan F.U., Ozkan K., Ramadan S, Guven Z. Chon-droprotective effect of N-acetylglucosamine and hyaluronate in early stages ofosteoarthritis — an experimental study in rabbits //Bull. NYUHosp. Jt. Dis. — 2009. — V. 67, № 4. — P. 352-357.
13. Batiste D.L., Kirkley A., Laverty S. et al. Exvivo characterization of articular cartilage and bone lesions in a rabbit ACL transection model of osteoarthritis using MRI and micro-CT // Osteoarth. Cartil. — 2002. — V. 10, № 2. — P. 145-155.
14. Tiraloche G, Girard C, Chouinard L. et al. Effect of oral glucosamine on cartilage degradation in a rabbit model of osteoarthritis // Arth. Rheum. — 2005. — V. 52, №4. — P. 1118-1128.
15. Jean Y.H., Wen Z.H., Chang Y.C. et al. Intraarticular injection of the cyclooxygenase-2 inhibitor parecoxib attenuates osteoarthritis progression in anterior cruciate ligament transected knee in rats: role of excitatory amino acids // Osteoarth. Cartil. — 2007. — V. 15, № 6. — P. 638-645.
16. Fitzgerald J., Rich C, Burkhardt D, Allen J., Herz-ka A.S., Little C.B. Evidence for articular cartilage regeneration in MRL/MpJmice // Osteoarthritis Cartilage. — 2008 Nov. — 16(11). — P. 1319-26.
Отримано 16.10.2018 ■
Ткачук П.В., Страфун С.С., Савосько С.И., Макаренко А.Н.
ГУ «Институт травматологии и ортопедии НАМН Украины», г. Киев, Украина
Национальный медицинский университет имени А.А. Богомольца, г. Киев, Украина
Изучение структурных особенностей при экспериментальном хроническом остеоартрозе
коленного сустава у кроликов
Резюме. В статье описан собственный способ моделирования травматического остеоартроза коленного сустава у кроликов. Животным осуществляли доступ к суставу, пересекали большеберцо-вую связку, механическим путем проводили деструкцию центрального участка эпифизарной поверхности эпифиза большеберцовой кости, сосуды суставной сумки коагулировали по контуру сустава для создания дополнительной ишемизации. Гистологические ис-
следования через 1,5 и 2,5 месяца после операции показали дегенеративные изменения гиалинового хряща, редукции толщины и клеточного состава хряща, инвазию кровеносных сосудов и формирование лакун в глубоких слоях хряща. Выявлены случаи полной (тотальной) дегенерации суставной поверхности. Ключевые слова: дегенеративные изменения; эксперимент; модель остеоартроза
P.V. Tkachuk, S.S. Strafun, S.I. Savosko, O.M. Makarenko
State Institution "Institute of Traumatology and Orthopaedics of the NAMS of Ukraine", Kyiv, Ukraine Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine
Study of structural features in the experimental chronic knee osteoarthritis in rabbits
Abstract. Our own way of modeling traumatic knee osteoarthrosis in rabbits is described in the article. The access to the animals' joint was provided, the tibial ligament was cut, destruction of the central part of the epiphyseal surface of the tibial bone was performed mechanically, the vessels of the bursal sac were coagulated on a joint contour for additional ischemia. Histological researches 1.5 and 2.5 months after the
operation showed the degenerative changes of the hyaline cartilage, reduction in cartilage thickness and cellular structure, invasion of blood vessels and lacuna formation in the deep cartilage layers. The cases of the full (total) degeneration of the joint surface were detected.
Keywords: degenerative changes; experiment; model of osteoar-thritis
