CC BY
25
I
Орипнальы досл1дження
Original Researches
Травма
УДК [617.559:616.721.1]-018.3 ЛЕВШИН О.А.
Державна установа «1нститут патологи хребта та суглоб'ю iMeHi проф. М.1. Ситенка Нацональноi академи медичнихнаук Укра'ни», м. Харюв
Науково-дослдний нститут травматологи та ортопедИДонецького на^онального медичного ун'!верситету iм. М. Горького
МОДЕЛЮВАННЯ ДЕГЕНЕРАТИВНИХ 3MiH У ХРЕБТОВИХ РУХОВИХ СЕГМЕНТАХ ПОПЕРЕКОВОГО В^Д^У ХРЕБТА В ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ТВАРИН
Резюме. Доведено, що щльнсть кютково)' тканини тл хреб^в у поперековому вддл хребта вiвцi, свин й теляти в чотири рази вища, нж у людини, що вказуе на значно бльше навантаження на поперековий в^л хребта в цих тварин порiвняно з людиною. Iснуючi експериментальн роботи доводять, що переважним об'ектом для моделювання дегенеративних змн у хребт е кроль а також дрiбнi лабораторнi тварини — щури та мишi. Використовуючи 1х, можна простежити розвиток вковихдегенеративних змн у мiжхребцевих дисках у вдносно коротк термiни, а також вивчити змни в розташованих кранiально i каудально сумiжних хребтових рухових сегментах. У стат описано споаб вдтвореннядегенеративнихзмн М-М1 хребтових ру-хових сегмент поперекового в^лу хребта у кролiв. Ключов слова: мiжхребетний диск, дегенера^я, експеримент, тварини.
Вступ
Дегенеративш захворювання хребта часто супро-воджуються виснажливими больовими синдромами i невролопчними порушеннями, що значно знижують яысть життя пащентав [1—3]. Незважаючи на значш усшхи у вивченш дано! проблеми, глибоке розумшня патогенеза та патофiзюлоril дегенераци мiжхребетного диска (МХД) дотепер вщсутне [4, 5].
Великий внесок у виршення вказаних проблем вносять медико-бюлопчш дослщження за участю тварин, що проводяться з метою вивчення факторiв ри-зику розвитку дегенераци МХД, впливу рiзноманiтних ендо- та екзогенних факторiв на його стан, а також розробки нових методiв лшування i профiлактики дегенеративних захворювань хребта. Але дотепер юнукш експериментальнi моделi дегенераци МХД за бюме-хашчними та морфологiчними параметрами не дають змоги повною мiрою екстраполювати отримаш резуль-тати на людину. В той же час експериментальне моделювання на тваринах вщграе значну роль у розумшш патофiзiологiчних та патоморфолопчних механiзмiв розвитку дегенераци МХД [6].
При проведенш експериментiв на хребт тварин виникае питання про коректну штерпретацш отрима-них результапв дослiдження з подiбними дослщжен-нями, що проведет на хребт людини. Це пов'язано з юнуючими розбiжностями в популяцп клiтин, складi тканин, анатомп диска та хребта, розвитку, фiзюлоril та механiчних властивостях мiж видами тварин та людиною [7].
На думку деяких авторiв, переважним об'ектом для моделювання дегенеративних змш у хребта е кролики [8, 9], про що свщчить значна кшьысть статей iз досль дження !х МХД [10-12].
Слщ зазначити, що такий важливий бюмехашчний параметр, як об'ем руху в поперековому вщдш хребта, у кролiв подiбний до людського, внаслщок чого переважним е використання кролiв для моделювання деструктивних порушень у МХД та вивчення змш, що виникають у сумiжних сегментах [13].
Мета роботи: розробити експериментальну модель дегенераци мiжхребетних дискiв поперекового вщдту хребта в експериментальних тварин.
Матер1али та методи
Дослiдження проводились у лаборатори експе-риментального моделювання ДУ «1нститут патологи хребта та суглобiв iменi проф. М.1. Ситенка НАМН Украши» (м. Харкiв).
Автором розроблена експериментальна модель дегенераци мiжхребетного диска поперекового вiддiлу хребта шляхом здшснення черезшюрно! нуклеотоми декомпресором фiрми Stryker (рис. 1) на рiвнi LV-LVI
Адреса для листування з автором: Левшин О.А. [email protected]
© Левшин О.А., 2015 © «Травма», 2015 © Заславський О.Ю., 2015
Том 16, №4 • 2015 www.mif-ua.com 11
мiжхребетних дисков. Усього було прооперовано 44 статевозртих кролi породи велетн1, вшом вiд 3 до 4 мюящв. Маса тiла тварин становила 1300—1500 г вщ-повiдно. За статтю експериментальнi тварини розподь лялись так: 20 самщв та 24 самки.
yci тварини утримувалися в однакових умовах екс-периментально-бюлопчно1 клiнiки. За тваринами проводили клшчне спостереження: загальний огляд, контроль пiсляоперацiйного стану, стан операцшно! рани, термометрiя, зважування.
Операцй' проводили в асептичних умовах в опера-цiйнiй кiмнатi. Усi 44 кролi були прооперованi в умовах загально'' внутршньовенно1 анестезй' 3Í збереженням самостшного дихання. За 20 хвилин до налагодження венозного доступу тварини отримували премедикацiю амiназином 10 мг/кг внутрiшньом'язово. Амiназин у складi премедикаци забезпечуе седативну та помiрну мюрелаксуючу даю, що дае можливiсть комфортно вста-новити венозний доступ шляхом катетеризаци вушно! вени. Iндукцiю до анестезй' проводили внутршньовен-ним уведенням кетамшу у дозi 5 мг/кг iз подальшим шд-триманням анестезй' дозою кетамшу 15 мг/кг/год. Мониторинг тд час анестезй' забезпечувався вимiрюванням частоти дихання, частоти серцевих скорочень, а також сатурацй' периферично! кровi киснем за допомогою апа-рата UTAS 300. Шд час анестезй' уш тварини отримували кисень через маску, що дозволяло пщтримувати сатура-цш пiд час операцй' на рiвнi не нижче 90 %.
Шсля операцй', за необхiдностi, тваринам уводили антибютики (бiцилiн-5), стимулятори (кофеш) та кардiотонiчнi (кордiамiн) препарати. Для створення вертикального навантаження на хребет, зокрема на по-перековий вщдт, пiсля нуклеотоми усiм кролям, ят утримуються у великих високих клiтках, корм та по'ть-ники пiдвiшували на висоту, необхщну для того, щоб тварини постшно вертикалiзувалися пiд час прийому води (30—40 раз/добу) та при прийомi гш (3 рази/добу). Рентгенографiю проводили до, пiсля та через 1, 3, 6 мь сящв пiсля операцй'. Виведення тварин з експерименту здшснювали вiдповiдно до правил «6вропейсько1 кон-венцй' захисту хребетних тварин, що використовуються в експериментальних i iнших наукових цтях» [14, 15].
Результати та ix обговорення
Моделювання способу дегенерацй' мiжхребетного диска поперекового вiддiлу хребта у кролiв здiйснюва-ли так, як зазначено нижче.
Рисунок 1. Зовн!шн!й вигляд декомпресора ф!рми Stryker
У положенш тварини на живота з фшсащею лапок бинтами до операцшного столу та шдкладеним матерча-тим валиком тд крила клубових исток (для зменшення поперекового лордозу) (рис. 2), шсля потршно! обробки операцiйного поля розчином бетадину гад контролем Сагш на рiвнi LV-LVI проводили мюцеве знеболюван-ня шкурного покриву 1% розчином лщокашу в кiлькостi 0,5 мл; через 3 хвилини робили пошаровий прокол шири, попереково! фракци, паравертебральних м'язiв i фь брозного ктьця мiжхребетного диска злiва iз заднк^ч-ного доступу спещальною голкою з мандреном iз набору декомпресора фiрми Stryker.
Пiд постшним контролем на Сагш голку з мандреном встановлювали чiтко посерединi диска LV-LVI. Голку ви-даляли, а через мандрен уводили декомпресор, шсля чого протягом 30 с робили нуклеотомш (рис. 3а, б, в). На мю-це проколу шири накладали асептичну пов'язку. Даний метод експериментально! моделi дегенерацй мiжхребет-ного диска поперекового вщдту хребта дозволив мшшь зувати механiчне ушкодження вах тканин, м'язiв, судин, фiброзного юльця, що, на наш погляд, максимально на-ближае цю модель до природного розвитку дегенерацй! поперекових м1жхребетних дисков.
Запропонований, згiдно з корисною моделлю, спосiб експериментального моделювання дегенерацй мiжхребетного диска поперекового вiддiлу хребта ви-пробувано на 44 статевозртих кролях породи велетш (бти, сiрi та чорнi) масою 1300—1500 г. Виживанють становила 100 %. Рентгенолопчш дослiдження, про-веденi через 1, 3 i 6 мiсяцiв на кролях, подтвердили, що дегенерацiя мiжхребетних дисков поперекового вiддiлу хребта, на яких було здшснено х1рург1чне втручання, залишаеться регульованою. Пiсля черезширно! нуклеотоми через 3 мюящ кролям було проведено МРТ (рис. 4а, б) та КТ (рис. 5а, б) поперекового вщдту хребта, що подтвердила наявнють дегенеративних змш у мiжхребетних дисках LV-LVI. Побiчних наслщив у результатi хiрургiчних втручань при здшсненш моделювання дегенерацй мiжхребетного диска поперекового вiддiлу хребта запропонованим згщно з корисною моделлю способом не виявлено.
Рисунок 2. Укладання експериментальноi тварини перед нуклеотомieю
12
Травма, ISSN 1608-1706
Том 16, №4 • 2015
Рисунок 3. Етапи нуклеотоми на р!вн1 м!жхребетного диска LV-LVI: а) пряма проекщя; б) б^чна проекц!я; в) фрагмент м'1жхребетного диска LV-LVI п!сля нуклеотоми
Рисунок 4. МРТ поперекового в'/дд'шу хребта кроля з дегенеративними зм'шами у м'1жхребетному диску LV-LVI: а) пряма проекшя; б) б!чна проекц!я
Отже, запропонований cnoci6 моделювання дегенераци' мiжхребетного диска поперекового вщдту хребта дае можливють i3 високою точшстю вщтворити умови дегенерацй' мiжхребетного диска поперекового вiддiлу хребта, що реально юнують у людини.
На запропонований спошб моделювання дегенерацй' мiжхребетного диска поперекового вщдту хребта оформлено патент Украши за № u201413047 МПК A61B 17/56.
Висновки
Моделювання дегенерацй' мiжхребетного диска поперекового вiддiлу хребта в експеримент запатен-тованим способом дае можливють iз високою точшс-тю вiдтворити умови та змiни, що мають мiсце при дегенерацй' мiжхребетного диска поперекового вщдь лу хребта.
Список л1тератури
1. Радченко В.О., Федак В.1. Дегенеративш захворю-вання сумiжних (до оперованого) сегментiв хребта //
Рисунок 5. КТ поперекового в!дд!лу хребта кроля з дегенеративними зм'шами у м'1жхребетному диску LV-LVI: а) пряма проекц!я; б) б!чна проекц!я
Укратський морфологiчний альманах. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 172-175.
2. Liu C.L., Zhong Z.C, Shih S.L., Hung C., Lee Y.E., Chen C.S. Influence of dynesys system screw profile on adjacent segment and screw // Journal of Spinal Disorders and Techniques. — 2010. — Vol. 23, № 6. — P. 410-417.
3. Hudson W.R.S., Gee J.E., Billys J.B., Castellvi A.E. Hybrid dynamic stabilization with posterior spinal fusion in the lumbar spine// SAS Journal. — 2011. — № 5. — Р. 36-43.
4. Радченко В.А., Дедух Н.В., Левшин А.А., Бенгус Л.М. Моделирование спондилодеза у животных (обзор литературы) // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2015. — № 2. — C. 112-119.
5. Малышкина С.В., Дедух Н.В., Левшин А.А., Косте-рин С.Б. Моделирование дегенерации межпозвонкового диска в эксперименте на животных (обзор литературы) // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2015. — № 1. — С. 114-124.
6. Animal model for spinal fusion/I.H. Drespe, G.K. Polzhofer, A.S. Turner, J.N. Grauer// J. Spine. — 2005. — Vol. 5, № 6. — P. 209-216.
TOM 16, №4 • 2015
www.mif-ua.com
13
7. Sandhu H.S. Animal models for preclinical assessment of bone morphogenetic proteins in the spine / H.S. Sandhu, S.N. Khan // Spine. - 2002. - Vol. 27, Suppl. 1. -P. 32-38.
8. Are animal models useful for studying human disc 110 disorders/degeneration? / M. Alini, M.S. Eisenstein, K. Ito [et al.]// Eur. Spine. - 2008. - Vol. 17. - P. 2-19.
9. Assessing the stiffness of spinal fusion in animal models / J.M. Cottrell, M.C. van der Meulen, J.M. Lane, E.R. Myers [et al]// J. HSS. - 2006. - Vol. 2, № 1. - P. 12-18, doi: 10.1007/sl 1420-005-5123-7.
10. Intervertebral disc tissue engineering I: characterization of the nucleus pulposus / J.C. Gan, P. Ducheyne, E.J. Vre-silovie [et al.] // Clin. Ortop. Relat. Res. - 2003. -Vol. 411. - P. 305-314.
11. Kim K.W. The origin of chondrocytes in the nacleus pulpous and hisstologic findings associated with the transition a no-tochordal nucleus pulposus to a fibrocartilagious puiposus in intact rabbit intervertebral dise / K.W. Kim, T.H. Lim, J.G. Kim//Spine. - 2003. - Vol. 28. - P. 982-990.
12. Poiraudeau S. Phenotypic characteristics of rabbit intervertebral disc cells. Comparison with cartilage cells from the same animal / S. Poiraudeau, I. Monteiro, P. Anract // Spine. — 1999. — Vol. 24. — P. 837-844.
13. A biological approach to treating disc degeneration: not for today, but maybe for tomorrow / M. Alini, P.J. Roughley, J. Antoniou [et al.] // Eur. Spine J. — 2002. — Vol. 11. — P. 215-220.
14. бвропейська конвенщя про захист хребетних тва-рин, що використовуються для до^дних та шших наукових цыей. Страсбург, 18 березня 1986 року: офщшний переклад [Електронний ресурс]/ Верховна Рада Украши. — Офщ. веб-сайт. — (Мiжнародний документ Ради бвропи). — Режим доступу до документа: http: zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main. cgi?nreg=994_137.
15. Закон Украти № 3447-IV вiд 21.02.2006 «Про захист тварин вiд жорстокого поводження» (ст. 26).
Отримано 05.08.15 ■
Левшин О.А.
Государственное учреждение «Институт патологии позвоночника и суставов имени проф. М.И. Ситенко Национальной академии медицинских наук Украины», г. Харьков
Научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕГЕНЕРАТИВНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В ПОЗВОНОЧНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ СЕГМЕНТАХ ПОЯСНИЧНОГО ОТДЕЛА ПОЗВОНОЧНИКА У ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ
Резюме. Доказано, что плотность костной ткани тел позвонков в поясничном отделе позвоночника овец, свиней и телят в четыре раза выше, чем у человека, что указывает на большие нагрузки на поясничный отдел позвоночника у этих животных по сравнению с человеком. Существующие экспериментальные работы доказывают, что преимущественным объектом для моделирования дегенеративных изменений в позвоночнике являются кролики, а также мелкие лабораторные животные — крысы и мыши. Используя этих животных, можно проследить развитие возрастных дегенеративных изменений в межпозвоночных дисках в относительно короткие сроки, а также изучить изменения в расположенных краниально и каудально смежных позвоночных двигательных сегментах. В статье описан способ моделирования дегенеративных изменений на уровне LV-LVI позвоночных двигательных сегментов поясничного отдела позвоночника у кролей.
Ключевые слова: межпозвоночный диск, дегенерация, эксперимент, животные.
Levshyn O.A.
State Institution «Institute of Spine and Joint Pathology named after professor M.I. Sytenko of National Academy of Medical Sciences of Ukraine», Kharkiv
Research Institute of Traumatology and Orthopedics of Donetsk National Medical University named after M. Horkyi, Donetsk, Ukraine
MODELING OF DEGENERATIVE CHANGES IN VERTEBRAL MOTION SEGMENTS OF LUMBAR SPINE IN EXPERIMENTAL ANIMALS
Summary. It was proved that the bone density of the vertebral bodies in the lumbar spine of a sheep, pig and calf is four times higher than in humans indicating a much greater strain on the lumbar spine in these animals compared with humans. The existing experimental works prove that a preferred object for modeling of degenerative spinal changes are rabbits, as well as small laboratory animals — rats and mice. Using them you can trace the development of age-dependent degenerative changes in intervertebral discs in a relatively short time, as well as to examine changes in the cranial and caudal adjacent vertebral motion segments. This article describes a method for reproduction of degenerative changes in LV-LVI vertebral motion segments of rabbits.
Key words: intervertebral disc, degeneration, experiment, animals.
14
Травма, ISSN 1608-1706
TOM 16, №4 • 2015
