CC BY
52
УДК 612.017.1:616.72-018.36-002
КОНЦЕНТРАЦИИ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ И ЦИТОКИНОВ В СИНОВИАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ ПАЦИЕНТОВ С ОСТЕОАРТРОЗОМ ПРИ НАЛИЧИИ И ОТСУТСТВИИ КЛИНИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ СИНОВИТА
Марина Владимировна ЧЕПЕЛЕВА, Наталья Владимировна САЗОНОВА, Елена Ивановна КУЗНЕЦОВА
ФГБУ Российский научный центр Восстановительная травматология и ортопедия им. акад. Г.А. Илизарова Минздрава России 640014, г. Курган, ул. М. Ульяновой, 6
Изучено содержание цитокинов и иммуноглобулинов в синовиальной жидкости 46 пациентов на ранних и поздних стадиях остеоартроза (ОА) коленного сустава при наличии и отсутствии клинических признаков синовита. Количественное определение концентраций IgA, IgM, IgG, IL-1ß, IL-6, TNFa, IL-10, IL-8, IFNy осуществлялось иммуноферментным методом. Наиболее выраженные иммунологические изменения были выявлены у пациентов с наличием синовита. При этом у больных с ранней стадией ОА и клиническими признаками острого си-новита в синовиальной жидкости определялись более высокие концентрации иммуноглобулинов и цитокинов, чем при остеоартрозе II-III стадии при отсутствии синовита. Наиболее информативными в плане диагностики воспалительного процесса в околосуставных тканях оказались IgG, IL-1ß, IL-6. Полученные данные можно использовать в качестве диагностических и прогностических критериев развития воспалительного процесса в околосуставных тканях у пациентов на этапах амбулаторно-поликлинического и хирургического лечения ОА.
Ключевые слова: остеоартроз, синовит, иммуноглобулины, цитокины.
Несмотря на современные достижения медицины, до настоящего времени лечение больных с патологией крупных суставов остается актуальной проблемой. Остеоартроз (ОА) поражает синовиальные суставы и характеризуется уменьшением массы гиалинового хряща с ремоделиро-ванием субхондральной кости, формированием остеофитов и воспалением синовиальной мембраны [1].
Синовит при ОА характеризуется повышенным образованием провоспалительных цитоки-нов, в том числе ТОТа, простагландинов, лизосо-мальных ферментов, металлопротеиназ и других ферментов, которые не только поддерживают воспаление в суставе, но и усиливают катаболи-ческие процессы в хрящевой и субхондральной костной ткани сустава [5]. Сложная сеть взаимодействий цитокинов, ферментов, свободных радикалов и продуктов распада матрикса приводит к уменьшению содержания протеогликанов в хряще (молекулярный уровень), нарушению архитектоники матрикса (макромолекулярный
уровень), появлению микротрещин (микроскопический уровень) и надрывам хряща (макроскопический уровень). Согласно литературным данным, уровень цитокинов и иммуноглобулинов в синовиальной жидкости пациентов с ОА повышен. При этом отсутствует сравнительная характеристика концентраций цитокинов в зависимости от стадии ОА и наличия воспалительных осложнений.
Цель настоящей работы - изучить содержание иммуноглобулинов и цитокинов в синовиальной жидкости больных ОА в зависимости от стадии заболевания, а также наличия и отсутствия синовита.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Обследовано 16 пациентов с остеоартрозом
I стадии и острым синовитом коленного сустава (I группа), 10 пациентов с ОА коленного сустава
II стадии, осложненным хроническим синовитом (II группа) и 20 больных ОА коленного сустава
Чепелева М.В. - к.м.н., старший научный сотрудник научно-клинической лаборатории микробиологии и иммунологии, e-mail: Vladi_2000@hotbox.ru
Сазонова Н.В. - д.м.н., зав. консультативно-диагностическим отделением, e-mail: nv.sazonova@yandex.ru Кузнецова Е.И. - младший научный сотрудник научно-клинической лаборатории микробиологии и иммунологии, e-mail: citoz@mail.ru
П-Ш стадии без признаков синовита (III группа) в возрасте от 30 до 55 лет. Больные распределены по стадиям артроза согласно рентгенологическим признакам [2]. Синовит коленного сустава был установлен на основании клинических данных (дефигурация контуров коленного сустава, увеличение объема мягких тканей пораженного сустава в сравнении с интактным) и данных ультразвукового исследования (расширения верхнего заворота коленного сустава, утолщения синовиальной оболочки более 1,0 мм). Все обследуемые предъявляли жалобы на боли в коленных суставов, ир-радиирующие на переднюю поверхность голени, на быстро появляющееся чувство усталости в икроножных мышцах и голеностопных суставах. Давность заболевания в I группе составляла от одного дня до одного месяца, во II группе - от трех месяцев до двух лет, в III группе - более пяти лет. В анамнезе пациентов I группы отмечались травмы, ушибы коленных суставов при падении, занятиях спортом. При этом температура и показатели клинического анализа крови были в пределах нормы. Во II группе регистрировались в детстве лечение по поводу остеохондропатии бугристости большеберцовой кости, подвывихи надколенника, в III группе - работа в сельском хозяйстве и на тяжелом промышленном производстве.
Все лица, участвовавшие в исследовании, дали информированное добровольное согласие на медицинское вмешательство и публикацию данных, полученных в результате исследования, без идентификации личности.
Концентрацию ^А, ^М, IgG, ^-ф, ^-6, ТОТа, ^-10, ^-8, ШКу в синовиальной жидкости определяли иммуноферментным мето-
дом на иммуноферментном анализаторе BIO-TEK Instruments Inc, ELx808 (США) (рег. ФС № 2006/2919 от. 26.12.2006) с использованием набора реагентов ЗАО «Вектор-Бест», Новосибирск. Забор синовиальной жидкости производили в стерильную пробирку во время хирургического вмешательства.
Полученные результаты обработаны с помощью методов непараметрической статистики с использованием U-критерия Вилкоксона для независимых выборок, поскольку наблюдаемые признаки не подчинялись нормальному распределению. Результаты представлены в виде медиан и интерквартильных размахов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В норме в синовиальной жидкости иммуноглобулины классов А и М не обнаруживаются, определяются незначительные количества иммуноглобулинов класса G (не более 0,5 мг/мл) [3]. У пациентов с ОА II-III стадии независимо от наличия или отсутствия синовита в очень небольших количествах был выявлен ^А (основной иммуноглобулин секретов слизистых оболочек) (см. таблицу). Более высокие его концентрации определялись в синовиальной жидкости больных ОА I стадии с сопутствующим синовитом. IgM был обнаружен в синовиальной жидкости пациентов всех исследуемых групп, но в разных концентрациях: у больных с ОА без клинических признаков синовита IgM - в очень малых, практически следовых количествах, а наиболее высокое содержание IgM регистрировалось при ОА I стадии с клиническими признаками острого синовита.
Таблица
Содержание иммуноглобулинов и цитокинов в синовиальной жидкости больных с остеоартрозом
Показатель (содержание) ОА II-III стадии без признаков синовита ОА I стадии с острым синовитом ОА II стадии с хроническим синовитом
IgA, мг/мл 0,25 (0,10-0,46) 0,50* (0,41-0,85) 0,26+ (0,15-0,48)
IgM, мг/мл 0,15 (0,08-0,30) 0,51* (0,38-0,60) 0,3*+ (0,20-0,40)
IgG, мг/мл 3,2 (2,29-5,20) 7,51* (5,71-12,10) 5,7*+ (3,90-6,60)
IL-1ß, пг/мл 0,0 (0,0-0,3) 9,0* (1,2-19,6) 0+ (0,0-5,2)
IL-4, пг/мл 0,6 (0,0-0,9) 0,4 (0,9-1,9) 0,5 (0,0-1,0)
IL-6, пг/мл 73,9 (39,2-242,8) 500,0** (336,0-525,0) 270,5*+ (129,1-345,0)
IL-8, пг/мл 12,9 (4,5-38,7) 202,6* (80,2-250,0) 17,4+ (8,9-133,7)
IL-10, пг/мл 1,4 (0,0-6,6) 4,1* (1,0-16,3) 0 (0-3,9)
TNFa, пг/мл 0,23 (0,0-2,9) 2,6* (1,3-5,1) 2,8 (0,0-3,5)
IFNy, пг/мл 6,1 (2,1-15,3) 31,8* (16,0-282,1) 6,4+ (3,6-10,2)
Примечание. Обозначены статистически значимые отличия от величин соответствующих показателей больных ОА без признаков синовита (* - прир < 0,05, ** - прир < 0,01) и больных с острым синовитом (+ - прир < 0,05).
Возрастание концентрации данной фракции может свидетельствовать о развитии первичного воспаления и о вовлечении в процесс острофазовых белков, что объясняет наиболее высокое содержание IgM в синовиальной жидкости пациентов с острым воспалительным процессом в околосуставных тканях. Кроме того, наличие IgM в синовиальной жидкости пациентов с длительным течением заболевания может свидетельствовать еще и о наличии постоянной аутоиммунной агрессии, что играет важную роль в патогенезе ОА. Дегенерация хряща сопровождается активным поступлением в синовиальную жидкость продуктов деградации, которые обладают антигенными свойствами и индуцируют выработку аутоантител [10]. В качестве собственных антигенов могут выступать фрагменты молекул протео-гликанов и коллагена, мембран хондроцитов и др. Специфические макромолекулы хряща, такие как коллаген II типа и протеогликаны, деструктуриру-ющиеся при активном синовите, травматизации или микротравматизации, могут восприниматься как чужеродный материал и провоцировать воспалительный процесс.
IgG-антитела преобладают на поздних этапах первичного иммунного ответа или при вторичном иммунном ответе. У пациентов с острым синови-том мы наблюдали наиболее высокие концентрации IgG, которые практически приближались к нормативным показателям сыворотки крови. Достаточно высокое содержание IgG было выявлено в синовиальной жидкости больных ОА II-III стадии (более выраженное при наличии хронического синовита).
Среди медиаторов, ответственных за про-грессирование остеоартроза, ключевое значение имеет IL-1ß. Его мишенями могут быть синовиальные клетки, а также хондроциты и остеоциты, с чем связана способность разрушать хрящевые и костные ткани при их вовлечении в воспалительный процесс и наоборот [4]. Известно, что в реализации прогрессирования патологических изменений при первичном ОА решающую роль играет гиперпродукция хондроцитами и другими клетками матричных металлопротеиназ (MMPs), включая коллагеназы (ММР-1, -8, -13), ADAMTS (ADAMTS4 и ADAMTS5), стромели-зины (ММР-3) и желатиназы (ММР-2, -9) [8]. ИЛ-lß угнетает экспрессию ингибиторов MMPs, синтез коллагена и протеогликанов, способствует продукции активатора плазминогена и в то же время стимулирует синтез и высвобождение некоторых эйкозаноидов, включая простагландины (PGE) и лейкотриены. IL-lß стимулирует продукцию активных форм кислорода, способных повреждать суставной хрящ, способствует усиле-
нию апоптоза хондроцитов [9]. ^-ф и ТОТа си-нергично воздействуют на определенные тканевые структуры, усиливая продукцию коллагеназы хондроцитами хряща, вызывают изменения в суб-хондральной зоне. Данный эффект обусловлен способностью влиять на формирование остеокластов, способствуя тем самым костной резорбции. Оба цитокина усиливают экспрессию адгезивных молекул на эндотелии венул, способствуя миграции воспалительных клеток и лимфоцитов из сосудистого русла [12, 14].
Вопреки распространенному мнению о высоких концентрациях ^-1р и ТОТа в синовиальной жидкости при ОА, увеличение уровня данных цитокинов мы наблюдали только у пациентов с острым синовитом (см. таблицу). В этой группе также отмечалось максимальное содержание ^-8, главной мишенью которого являются ней-трофилы.
^-6 в большом количестве выявлялся во всех группах, но наиболее высоким его содержание было в синовиальной жидкости пациентов с острым синовитом. ^-6 - ключевой цитокин, который сочетает эффекты провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, участвуя не только в развитии, но и в ограничении воспалительной реакции. Выступая в синергизме с ^-ф и ТОТа, ^-6 вызывает изменения в субхондраль-ной зоне. ^-6 способен уменьшать потери про-теогликанов в период обострения у пациентов с ОА. Данный эффект обусловлен способностью влиять на формирование остеокластов, способствуя тем самым костной резорбции [7, 11].
В группе пациентов с острым синовитом отмечался наиболее высокий уровень ШКу, который играет важную роль в реализации клеточного иммунного ответа воспалительного типа, активирует остеокласты, усиливая резорбцию костной ткани [6]. У пациентов с острым синовитом также выявлено наибольшее содержание ^-10, являющегося ингибитором активности ТЫ-клеток. Как известно, ^-10 способствует реализации гуморальных иммунных реакций и выступает в качестве супрессорного цитокина в отношении воспалительных процессов и адаптивных иммунных реакций клеточного типа. ^-10 снижает синтез хондроцитами провоспалительных цитокинов и других медиаторов воспаления (PGE2 и т. д.), ин-гибируя апоптоз хондроцитов [13, 15].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные данные позволяют предположить, что развитие ОА происходит при активном участии иммунной системы. Наиболее выраженные иммунологические изменения отмечаются у
пациентов с воспалительным процессом в околосуставных тканях (наличие синовита). При этом у больных с ранней стадией ОА и острым синовитом в синовиальной жидкости выявляются более высокие концентрации иммуноглобулинов и цитокинов, чем при остеоартрозе II—III стадии при отсутствии синовита. К наиболее информативным в плане диагностики воспалительного процесса в околосуставных тканях относятся IgG, IL-ip, IL-6. Результаты проведенных исследований можно использовать в качестве диагностических и прогностических критериев развития воспалительного процесса в околосуставных тканях на этапах амбулаторно-поликлинического и хирургического лечения ОА.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеева Л.И., Цветкова Е.С. Остеоартроз: из прошлого в будущее // Науч.-практ. ревматол. (прил.). 2009. (2). 31-37.
2. Косинская Н.С. Дегенеративно-дистрофические поражения костно-суставного аппарата. Л., 1961. 202 с.
3. Матвеева Е.Л., Чепелева М.В. Биохимический и иммунологический состав синовиальной жидкости в норме и при дегенеративно-дистрофических изменениях суставов. М.: Спутник, 2013. 161 с.
4. Ярилин А.А. Иммунология: учебник. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. 752 с.
5. Agarwal S., Long P., Seyedain A. et al. A central role for the nuclear factor-kB pathway in anti-inflammatory and proinflammatory actions of mechanical strain // FASEB J. 2003. 17. 899-901.
6. Ghayur T., Banerjee S., Hugunin M. et al. Caspase-1 processes IFN-y-inducing factor and regulates LPS-induced IFN-y production // Nature. 1997. 386.619-623.
7. Chenoufi H.L., Diamant M., Rieneck K. et al. Increased mRNA expression and protein secretion of
interleukin-6 in primary human osteoblasts differentiated in vitro from rheumatoid and osteoarthritic bone // J. Cell Biochem. 2001. 81. (4). 666-678.
8. Huskinsson E.C., Berry P., Gishen P. Effects of antiinflammatory drugs on the progression of osteoarthritis of the knee // J. Rheumatol. 1995. 22. 1941-1946.
9. Lopez-ArmadaM.J., Carames B., Lires-Dean M. et al. Cytokines, tumor necrosis factor-a and interleu-kin-1ß, differentially regulate apoptosis in osteoarthritis cultured human chondrocytes // Osteoarthritis Cartilage. 2006. 14. (7). 660-669.
10. Mastbergen S.C., Bijlsma J.W., Lafeber F.P. Synthesis and release of human cartilage matrix proteoglycans are differently regulated by nitric oxide and prostaglandin-E2 // Ann. Rheum. Dis. 2008. 67. (1). 52-58.
11. Sakao K., Takahashi K.A., Arai Y. et al. Osteo-blasts derived from osteophytes produce interleukin-6, interleukin-8, and matrix metalloproteinase-13 in osteoarthritis // J. Bone Mineral. Metab. 2009. 27. (4). 412-423.
12. Shakibaei M., Schulze-Tanzil G., John T., Mobasheri A. Curcumin protects human chondrocytes from IL-1ß-induced inhibition of collagen type II and ß1-integrin expression and activition of caspase-3: an immunomorphological study // Ann. Anat. 2005. 187. (5-6). 487-497.
13. Schulze-Tanzil G., Zreiqat H., Sabat R. et al. Interleukin-10 and articular cartilage: experimental therapeutical approaches in cartilage disorders // Curr. Gene Ther. 2009. 9. (4). 306-315.
14. Stöve J., Huch K., Günther K.P., Scharf H.P. Interleukin-1ß induces different gene expression of stromelysin, aggrecan and tumor-necrosis-factor-stimulated gene 6 in human osteoarthritic chondrocytes in vitro // Pathobiology. 2000. 68. (3). 144-149.
15. VanMeegerenM.E., Roosendaal G., van Veghel K., Mastbergen S.C., Lafeber F.P. A short time window to profit from protection of blood-induced cartilage damage by IL-4 plus IL-10 // Rheumatology (Oxford). 2013. 52. (9). 1563-1571.
CONCENTRATION OF IMMUNOGLOBULINES AND CYTOKINES
IN THE SYNOVIAL FLUID OF OSTEOARTHROSIS PATIENTS
IN THE PRESENCE OR ABSENCE OF CLINICAL SIGNS OF SYNOVITIS
Marina Vladimirovna CHEPELEVA, Natalya Vladimirovna SAZONOVA, Elena Ivanovna KUZNETSOVA
Russian Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopedics n.a. G.A. Ilizarov
of Minzdrav of Russia
640014, Kurgan, M. Ulyanova str., 6
The content of cytokines and immunoglobulins in synovial fluid of 46 patients has been investigated in early and late stages of osteoarthritis (OA) of the knee joint in the presence and absence of clinical signs of synovitis. Quantitative determination of the concentrations of IgA, IgM, IgG, IL-ip, IL-6, TNFa, IL-10, IL-8, IFNy was performed by emmunoenzyme method. The most pronounced immunological changes have been identified in patients with the presence of synovitis. At the same time, the higher concentrations of immunoglobulins and cytokines and clinical signs of acute synovitis in synovial fluid have been revealed in patients with early stage of osteoarthritis than in patients with osteoarthritis of stage II - III in the absence of synovitis. The following immunological parameters: IgG, IL-ip, IL-6 were the most informative in terms of diagnosis of the inflammatory process in periarticular tissues. The data obtained can be used as diagnostic and prognostic criteria in the development of inflammatory process in periarticular tissues in patients at stages of outpatient and surgical treatment of osteoarthritis.
Kew words: osteoarthros, synovitis, immunoglobulines, cytokines.
Chepeleva M.V. - candidate of medical sciences, senior researcher of clinical laboratory of microbiology and immunology, e-mail: ojfice@ilizarov.ru
Sazonova N.V. - doctor of medical sciences, head of consultative diagnosis department, e-mail: nv.sazonova@yandex.ru
Kuznetsova E.I. - junior researcher of clinical laboratory of microbiology and immunology, e-mail: citoz@mail.ru
