CC BY
22
DOI 10.29254/2077-4214-2017-4-3-141-324-327
УДК 591.4:616.728.3-018.3:616.71. - 007.234:092.9(599.329.4)
Яковенчук Н. М., *Дедух Н. В.
МОРФОЛОГ1Я СУГЛОБОВОГО ХРЯЩА ТА СУБХОНДРАЛЬНОТ К1СТКИ
П1СЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ОСТЕОПОРОЗУ
КЗ «Сумська обласна кл^чна лшарня» (м. Суми)
*ДУ «1нститут патологГГ хребта та суглобiв iM. проф. М.1. Ситенка НАМН УкраТни» (м. Хармв)
nataliyayakovenchuk @ukr.net
Стаття е фрагментом дослiдження по темi «Ви-вчити загальнi ланки в механiзмi патогенезу остео-порозу, остеоартрозу та остеохондрозу хребта для обфунтування пiдходiв пiдвищення ефективнос-тi дiагностики, профiлактики та лкування». Шифр теми ЦФ.2017.1 .НАМНУ, № державноТ реестрацií 011711001021
Вступ. Артроз - це метаболiчне захворюван-ня, у разi якого змши мають мiсце у вЫх структурах ураженого суглоба, кульмша^ею е деградацiя суглобового хряща. В останш роки особливу увагу придшяють взаемодiТ кiстково-суглобовоТ системи у розвитку щеТ патологiТ. Дослiдження проводять в рiзних напрямках - вивчення мшеральноТ щiльностi кiстковоТ тканини у пащен^в з артрозом, метабо-лiчного профшю при поеднаннi артрозу та остеопо-розу, виявлення генетичних маркерiв, проводиться розробка терапевтичних пiдходiв [3,4,7,8]. В останш роки сформувався новий напрямок до^джень -вивчення суглобового хряща в нерозрившй едност з субхондральною кiсткою. Цей напрямок обумов-лено тим, що iснуе точка зору про змши в субхон-дральшй кiстцi як пускового механiзму розвитку артрозу [8,9,11,12].
Мета дослщження - в експериментi на твари-нах вивчити морфологiчнi особливостi в оргашзацп суглобового хряща колiнного суглоба i субхондраль-ноТ кiстки на етапах розвитку остеопорозу, шдукова-ного оварiоектомiею.
Об'ект i методи дослщження. Об'ектом до-слiдження було вивчення морфологи суглобового хряща i субхондральноТ кiстки колiнного суглоба в умовах моделювання остеопорозу шляхом оварюектомп.
Експеримент на тваринах був виконаний в екс-периментально-бiологiчноТ клiнiцi ДУ «1нститут па-тологiТ хребта та суглобiв iм. проф. М.1. Ситенка НАМН УкраТни» з додержанням правил гуманного вщношення до експериментальних тварин та асептики згщно «бвропейськоТ конвенцiТ про захист хре-бетних тварин, що використовують для дослщних та iнших наукових цiлей» та Закону УкраТни [1,2].
Остеопороз моделювали на бших лабораторних щурах шляхом оварюектомп, яка розглядаеться як «золотий стандарт» iндукування експериментально-го остеопорозу [6]. Пюля премедикацiТ та введення тварин в наркоз, був виконаний поперечний поша-ровий розрiз передньоТ черевноТ стiнки до 1,5 см, видтеш роги матки та яечники. Пюля перев'язки
шовною ниткою ix вiдсiкали. Рану пошарово ушивали.
Тварин виводили з експерименту через 1 та 3 Mic. пiсля операцп.
До^дження було проведено з дотриманням норм бюетики (протокол № 155 вщ 29.06.2016 р.)
Для морфологiчного до^дження видiляли ко-лiннi суглоби. Матерiал фiкcували в 10% формалiнi, проводили по спиртам зростаючо'Т мiцноcтi (вщ 50 до 96е) та заключали в цело'щин [5]. Зрiзи виготов-ляли на мiкротомi Reichert, фарбували гематокcилi-ном та еозином, а також ткрофуксином за ван Пзон. Було проведено морфометричний аналiз за наступ-ними показниками, що якюно характеризують суб-хондральну кicтку та суглобовий хрящ (табл. 1).
Результати дослщжень та Тх обговорення
1 Mic. псля оварюектомп. У тварин в дтянках субхондрально'Т кicтки дистального в^ту cтегновоi кicтки та проксимального в^ту великогомiлковоi кicтки, виявлено зниження маси кютково'Т тканини на локальних територiяx (рис. 1).
Рис. 1. Субхондральна мстка та кiстка нижче зони росту. Лише на дшянках кiстковi трабекули формують дрiбнопетлясту мережу. Розширеш мiжтрабекулярнi простори. Гематоксилiн та еозин. Зб. 20.
Субхондральна кюткова тканина була представлена кютковими трабекулами, як лише на дтянках формували дрiбнопетляcту мережу. Вiдмiчено фор-мування дiлянок з поодинокими кютковими трабекулами. Мiж кicтковими трабекулами розташовували-ся розширенi мiжтрабекулярнi простори заповнеш
Таблиця 1.
Оцшка (бали) субхондрально'Г юстки та суглобового хряща колшного суглоба в умовах
моделювання остеопорозу
Субхондральна к1стка. Будова трабекул та м1жтрабекулярних простор1в Бали оц1нки Суглобовий хрящ, матрикс Бали оц1нки
Норма 1 Норма 1
Початков! прояви зм1н в юсткових трабекулах 2 HepiBHOMipHicTb KOHTypiB поверхш 2
Розширення м1жтрабекулярних простор1в до 1/3 3 Невелик локальнi дiлянки розшарування матриксу 3
Розширення м1жтрабекулярних простор1в до 2/3 4 Розшарування матриксу на територп 1/3 4
Невелик! тр1щини, розшарування матриксу юсткових трабекул 5 Розшарування матриксу на територп1/2 5
Порушення фронту остеогенезу 6 Розшарування базофшьно'Т лши 6
Стоншення к1сткових трабекул, порушення формування трабекулярно! с1тки, поодинок1 незв'язаш к1стков1 трабекули, тр1щини 7 Зменшення товщини суглобового хряща або мiжхребцевого диска 7
Стоншення юсткових трабекул, порушення формування трабекулярно! Ытки, поодинок! незв'язан! к!стков! трабекули, мкропереломи к!сткових трабекул 8 Виражеш деструктивнi змiни, зменшення висоти 8
Кл1тини субхондральноГ мстково'Г тканини Бали оцшки Кл1тини суглобового хряща Бали оцшки
Норма 1 Норма: рiвномiрна щiльнiсть хондроцитiв, вiдсутнiсть деструктивних змш 1
Невелик! дтянки без остеоцит!в 2 Невеликi дiлянки без хондроцитiв 2
Деструкц!я поодиноких кл!тин 3 Деструкщя поодиноких клiтин 3
Низька щ!льн!сть кл!тин на дшянках 4 Низька щiльнiсть кл^ин на дiлянках 4
Велик! д!лянки без кл!тин 5 Великi дiлянки без кл^ин 5
Загибель кл!тин на значних територ!ях 6 Загибель клiтин на значних територiях 6
червоним юстковим мозком. Виявлено змши й в структурi кiсткових трабекул, що вiддзеркалювали порушення в оргаызацп мiжклiтинноí речовини та клiтин. Окремi кiстковi трабекули мали мкротрщи-ни, невелик осередки гомогенiзацií матриксу. По-близу таких дiлянок щiльнiсть остеоци^в на юстко-вих трабекулах була знижена. Виявлено поодинок порожнi лакуни або лакуни з пiкнотичними остео-цитами. Особливiстю було порушення лши остео-генезу мiж кiстковою тканиною та некальцифкова-ним суглобовим хрящем. Вiдзначено пiдвищення ангiогенезу, формування кютково!' тканини навколо судин, що проникае в глибокi вiдцiли кальцифкова-ного хряща (рис. 2).
В некальцифкованому та кальцифкованому су-глобовому хрящi виявлено незначнi змiни. У глибо-ких вiддiлах знижена щiльнiсть хондроци^в та виявлено поодинокi хондроцити зi щiльними ядрами.
Новостворена юсткова тканина в дiлянцi кальци-фкованого хряща вiдрiзнялася вiд прилеглоí кютково'! тканини пщвищено!' щiльнiстю остеоци^в.
Через 3 мiс. пiсля оварюектомп значнi змiни виявлено в субхондральнм кiстцi (рис. 3). Поряд зi зниженням маси кiсткових трабекул виявлено деструктивы змши, а саме - розшарування матриксу з вiзуалiзацiею колагенових волокон, вогнища де-струкцií, зниження щiльностi остеоцитiв (рис. 4).
Бтьшють остеоцитiв розташовувалися в широких лакунах з неч^кими краями, що свщчить про остеоцитарний остеолiзис. В лiтературi наведено дан порушення фенотипу та метаболiзму остеоци-
Рис. 2. Субхондральна кiстка. Нерiвномiрний фронт остеогенезу на межi з кальцифiкованим хрящем. Гематоксилiн та еозин. Зб. 400.
^в в субхондральнм кiстцi у разi розвитку артрозу, як пов'язанi зi змiнами активацп/дезактиваци осно-вних сигнальних макромолекул (лужно!' фосфатази, остеокальцину та остеопонтину), що впливають на функцiю остеобластiв та остеоклас^в [11].
Серед змiн суглобового хряща вiдмiчено невели-кi дтянки без хондроцитiв та деструкцiю поодиноких кл^ин. Виявлено порушення забарвлення матриксу, що може свщчити про порушення бюсинтезу макромолекул.
Рис. 3. Порушення будови субхондральноГ кiстки. Нерiвномiрний фронт остеогенезу. Гематоксилш та еозин. Зб. 100.
На основ! як1сних тест1в оц1нки суглобового хряща та субхондральноТ к1стки через 3 мю. п1сля моделю-вання остеопорозу проведена оц1нка в балах (табл. 2). Виявлено, що показники суглобового хряща складали (2,2+0,13) бал1в, в субхондральн1й к1стц1 цей бал був в1рогщно вищим (Р<0,001).
Таблиця 2.
Морфолопчш показники стану суглобового хряща колшного суглоба та субхондральноГ мстки
Таким чином, через 1 та 3 Mic. пiсля оварюектомп щiльнicть кicткових трабекул в област субхондральноТ кicтки була низькою, також виявлено порушення будови кюткових трабекул. Вiдомо, що втрата естрогеыв в пicляменопаузi у жЫок або штучному
Рис. 4. Деструктивы змши кютково'Г трабекули.
Розшарування матриксу з в1зуал1зац1ею колагенових волокон, вогнища дисрегенерацГГ, зниження щ1льност1 остеоцит1в. Гематоксил1н та еозин. Зб.400.
порушены Тх метабол1зму шляхом оварюектомп, призводить до розвитку остеопенп або остеопорозу, що пщвищус ризик розвитку артрозу [3]. З метою оц1нки динамки порушень в цих двох системах нами були взят1 ранн1 терм1ни досл1дження щоб проана-л1зувати начальн1 зм1ни в хрящовоТ тканини, як1 вщ-буваються на тл остеопорозу. Дан1 досл1дження до-зволяють зробити висновок, що прояви порушень в суглобовому хрящу менш виражен1 та наступають п1зн1ше, н1ж в субхондральнм к1стц1. Висунут1 ппоте-зи про вплив субхондральноТ кютки на розвиток пю-ляменопаузального артрозу знайшли пщтверджен-ня в нашому експериментальному доспщженнк
Висновки
1. Моделювання остеопорозу шляхом оварюектомп призводить до виражених зм1н в субхондраль-н1й кютцк
2. Зм1ни в суглобовому хрящ1 можуть бути роз-глянут1 на тт порушень субхондральноТ к1стки.
Перспективи подальших досл1джень. Продо-вжити дослщження стану субхондральноТ к1стки та суглобового хряща в подальшому з анал1зом екс-пресп остеоцитами та хондроцитами металопро-теТназ, що призводять до деструкцп суглобового хряща. Визначення маркер1в апоптозу.
Показники, що до^джеш Бали
Матрикс суглобового хряща 2,27 + 0,21
Кттини суглобового хряща 2,17 + 0,17
Сумарний показник 2,20 + 0,13
Субхондральна юстка 4,13 + 0,34
Остеоцити 2,47 + 0,19
Сумарний показник 3,3 + 0,25*
Прим1тка. *P<0,001 - пс^вняно з показниками суглобового хряща.
^iTepaTypa
1. Evropeyska konventsiya pro zahist hrebetnih tvarin, scho vikoristovuyutsya dlya doslidnih ta inshih naukovih tsiley. Strasburg, 18 bereznya 1986 roku: ofltsiyniy pereklad [Elektronniy resurs] / Verhovna Rada Ukrayni. - Ofits. veb-sayt. - (Mizhnarodniy dokument Radi Evropi). - Rezhim dostupu do dokumenta: http: zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=994_137.
2. Zakon Ukrayini № 3447-IV vld 21.02.2006 «Pro zahist tvarin vid zhorstokogo povodzhennya» (Stattya 26).
3. Korzh N.A Osteoporoz i osteoartroz: patogeneticheski vzaimosvyazannyie zabolevaniya? (obzor literaturyi) / N.A. Korzh, N.V. Deduh, N.N. Yakovenchuk // Ortopediya, travmatologiya i protezirovanie - 2013. - № 4. - S. 102-110.
4. Pasieshvili L.M Osteoartroz i osteoporoz: mehanizmyi realizatsii i sposobyi diagnostiki / L.M. Pasieshvili, L.N. Bobro // Krymskiy terapevticheskiy zhurnal. - 2009. - № 1 (12). - S. 30-33.
5. Sarkisov D.S. Mikroskopicheskaya tehnika / D.S. Sarkisov, Yu.L. Perov. - M.: Meditsina, 1996. - 544 s.
6. Eksperimentalnyiy osteoporoz / V.V. Povoroznyuk, N.V. Deduh, N.V. Grigoreva, I.V. Gopkalova. - K., 2012. - 228 s.
7. Baohua Li. Mechanical and material properties of the subchondral bone plate from the femoral head of patients with osteoarthritis or osteoporosis / Li Baohua, M.R. Aspden // Annals of the Rheumatic Diseases. - 1997. - Vol. 56. — P. 247-254
8. Dequeker J. Osteoarthritis and osteoporosis: Clinical and research evidence of inverse relationship / J. Dequeker, J. Aerssens, F.P. Luyten // Adral bonging Clinical and Experimental Research. - 2003. - Vol. 15. - P. 426-439.
9. Findlay M.D. Osteoblast-Chondrocyte Interactions in Osteoarthritis / M.D. Findlay, Gerald J Atkins // Curr. Osteoporos Rep. -2014. - Vol. 12. - P. 127-134.
10. Glowacki J. Osteoporosis and Osteopenia in Patients with Osteoarthritis / J. Glowacki, T.S. Thornhill // Ortho & Rheum Open Access J. - 2016. - Vol. 2 (3). - P. 555-590.
11. Jaiprakash A. Phenotypic Characterization of Osteoarthritic Osteocytes from the Sclerotic Zones: A Possible Pathological Role in Subchondral Bone Sclerosis / A. Jaiprakash, I. Prasadam, J. Feng, Y Liu, R. Crawford // Int. J. Biol. Sci. - 2012. - Vol. 8. -P. 406-417.
12. Pang J. Subchondral Bone in osteoarthritis: a review / J. Pang, YL. Cao, YY Shi // Zhongguo Gu Shang. - 2011. - Vol. 24, 8. -P. 702-704.
МОРФОЛОГ1Я СУГЛОБОВОГО ХРЯЩА ТА СУБХОНДРАЛЬНОТ К1СТКИ П1СЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ОСТЕОПОРОЗУ
Яковенчук Н. М., Дедух Н. В.
Резюме. В статт представлен дан експериментального до^дження на щурах в умовах моделювання остеопорозу шляхом оварюектомп та дослщження суглобового хряща колшного суглоба та субхондрально! юстки з метою доотдження впливу прилегло! кютково! тканини на хрящову. Виявлен значн змши в субхондрально! кiстки порiвняно з суглобовим хрящем.
Ключовi слова: щури, моделювання оварюектомп, колiнний суглоб, пстолопчы дослiдження, суглобо-вий хрящ, субхондральна кютка.
МОРФОЛОГИЯ СУСТАВНОГО ХРЯЩА И СУБХОНДРАЛЬНОЙ КОСТИ ПОСЛЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОСТЕОПОРОЗА
Яковенчук Н. Н., Дедух Н. В.
Резюме. В статье представлены данные экспериментального исследования на крысах в условиях моделирования остеопороза путем овариоэктомии и исследования суставного хряща коленного сустава и суб-хондральной кости с целью выявления влияния прилежащей костной ткани на хрящевую ткань. Выявлены значительные изменения в субхондральной кости по сравнению с суставным хрящом.
Ключевые слова: крысы, овариоэктомия, коленный сустав, гистологические исследования, суставной хрящ, субхондральная кость.
MORPHOLOGY OF JOINT CARTILAGE AND SUBHONDRAL BONE PLATE AFTER MODELING OSTEOPOROSIS
Yakovenchuk N. N., Dedukh N. V.
Abstract. In the elderly osteoporosis and osteoarthritis occur with high frequency and various authors are defined as age-associated diseases.
In recent years a new direction of research has been formed - the study of articular cartilage in inseparable unity with the subchondral bone plate to determine the influence of adjacent bone on cartilaginous tissue. This direction is due to the fact that there is a view of changes in the subchondral bone plate as a trigger mechanism for the development of osteoarthritis.
Object and methods. The study was conducted on white laboratory rats under conditions of osteoporosis modeling by ovarioectomy. Early studies of subchondral bone plate disorders and its effects on articular cartilage have been investigated by histological methods using morphometric analysis with an assessment of the quality of the articular cartilage (surface, matrix and cells) and the subchondral bone plate (trabecular bone and intertrabucular spaces).
Results. It was found that after 1 month after ovarioectomy in the regions of the subchondral bone plate of the distal femur and proximal tibia, bone mass was decreased in local areas. In 3 months the density of bone trabeculae in subchondral bone plate areas was low. Along with the decrease in the mass of bone trabeculae their destructive changes, namely, the stratification of the matrix with the visualization of collagen fibers, disturbance of bone formation, and the decrease in the density of osteocytes were revealed. Most of the osteocytes were located in broad lacunаe with fuzzy edges, indicating osteocytic osteolysis.
Among changes in articular cartilage, small areas without chondrocytes and destruction of single cells were noted. A discoloration of the matrix was found, which may indicate a suppression of the biosynthesis of the main macromolecules. On the basis of qualitative tests for assessing articular cartilage and subchondral bone plate after 3 months after osteoporosis modeling, an assessment was made in points. It was found that articular cartilage indexes were (2.2 + 0.13) points, in the subchondral bone plate, this score was significantly higher (3,3 + 0,25) балiв (P <0.001).
Conclusion. Thus, manifestations of violations in the articular cartilage were less pronounced than in the subсhondral bone plate. The hypothesis about the influence of subchondral bone plate as risk factor on the development of postmenopausal osteoarthritis has been confirmed in our study.
Keywords: rats, ovariectomy, knee joint, histological examination, articular cartilage, subchondral bone plate.
Рецензент - проф. Шеп/'тько В. I.
Стаття надшшла 09.11.2017 року
