CC BY
19
УДК 619:616.728.2-007.17:611.018.3/4
Ключевые слова: гистология, артроз, тазобедренный сустав, собака
Key words: histology, arthritis, hip joint, dog
Кирсанова А. Ю., Ступина Т. А.
РЕНТГЕНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОМПОНЕНТОВ ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ДИСПЛАСТИЧЕСКОГО АРТРОЗА У СОБАК В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ
RADIOLOGICAL AND MORPHOLOGICAL FEATURES OF HIP JOINT COMPONENTS IN THE SIMULATION OF DYSPLASTIC OSTEOARTHRITIS IN DOGS AT AN EARLY AGE
ФГУ «Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. акад. Г. А. Илизарова Минздравсоцразвития», г. Курган Адрес: 640014, г. Курган, ул. М. Ульяновой, 6
Federal State Institution The Russian Ilizarov Scientific Center Restorative Traumatology and Orthopaedics of the Ministry of Health and Social Development ofRussia, Kurgan Address: 640014, Russia, Kurgan, M. Ulyanova street, 6
Кирсанова Анастасия Юрьевна, к. б. н., научный сотрудник
Kirsanova Anastasia Yu., Ph.D. in Biology Science, Researcher Ступина Татьяна Анатольевна, к. б. н., старший научный сотрудник
Stupina Tatiana A., Ph.D. in Biology Science, Senior Researcher
Аннотация. В работе представлен анализ результатов рентгено-гистологических исследований компонентов тазобедренного сустава при диспластическом коксартрозе у щенков раннего возраста. Установлено, что в суставном хряще происходят значительные деструктивные изменения. На начальных этапах этот процесс сопровождается активной пролиферацией хондроцитов. Способность к регенерации не компенсирует усиленного износа перегруженных суставных поверхностей. При данном патологическом процессе подавлены собственные регенераторные возможности суставного хряща и его восстановление невозможно без дальнейшего потенцирования внешних по отношению к хрящу механизмов.
Summary. The paper presents the analysis of the results of X-ray histological components of hip joint in dysplastic coxarthrosis in young puppies. It is established that considerable destructive changes are undergoing in the articular cartilage. In the initial stages this process is accompanied by active proliferation of chondrocytes. Capacity for regeneration does not compensate for the strong deterioration of the overloaded articular surfaces. In this disease process own regenerative capabilities of articular cartilage are suppressed and its recovery is impossible without further potentiating mechanisms external to the cartilage.
Введение
По течению и последствиям дегенеративно-дистрофических изменений коксартроз относится к одному из наиболее тяжелых заболеваний опорно-двигательной системы. Среди причин развития коксартроза первое место принадлежит дисплазии [3].
Изучение структурно-функциональных особенностей тазобедренного сустава в норме и в условиях диспластического коксартроза остается одной из актуальных проблем клинической морфологии и ветеринарной практики. До настоящего времени остаются мало изучены морфологические особенности компонентов тазобедренного сустава в возрастном аспекте. В литературе отсутствуют сведения о гистологических измене-
ниях компонентов тазобедренного сустава при диспластическом артрозе в раннем возрасте. Высокое медико-социальное значение данной патологии, неясность в трактовке теоретических аспектов патогенеза диспла-стического деформирующего коксартроза в период роста делают необходимыми и востребованными дальнейшие исследования этой проблемы.
Состояние суставного хряща является важным не только для диагностики остеоар-троза, но и для оценки прогрессирования заболевания [2]. В последние годы появилась теория о том, что происходящие в субхон-дральной кости изменения, возможно, являются первичными и способны инициировать деградацию хряща [1].
Цель работы - изучить рентгено-морфо-логические особенности компонентов тазобедренного сустава при моделировании диспластического артроза у собак в раннем возрасте.
Материал и методы
Эксперимент выполнен на 14 беспородных собаках в возрастном диапазоне от 3,5 до 6 месяцев, массой тела от 4,5 до 10,0 кг (количество суставов - 14).
Методика получения модели диспласти-ческого коксартроза заключалась в выполнении С-образной остеоэктомии дорсального края суставной впадины с частичной теното-мией связки головки бедренной кости.
Животных выводили из опыта через 14, 30, 60, 120 и 180 суток после операции. В эти же сроки осуществляли морфологические и рентгенографические исследования.
Суставные поверхности оценивали макроскопически (форма, контур, цвет). Для гистоморфометрического исследования использовали парафиновые срезы, окрашенные гематоксилином и эозином, а также по Ван-Гизону. Изображения макропрепаратов оцифровывали на аппаратно-программном комплексе «ДиаМорф» (Москва) и анализировали в программе «ВидеоТест-Мастер-Морфология». Определяли толщину суставного хряща. Измерения проводили в микрометрах после предварительной геометрической калибровки по оцифрованной с тем же увеличением шкале объект-микрометра.
С помощью рентгеновского электронно-зондового микроанализатора "INKA Energy 200" (Oxford Instrumets Analytical, Англия), смонтированного на сканирующем электронном микроскопе "JSM-840" (Jeol, Япония), определяли концентрацию серы - маркера сульфатированных гликозаминогликанов (ГАГ).
Цифровой материал анализировали в программе "Microsoft Excel 97" по критериям вариационной и непараметрической статистик.
Результаты исследований
При гистологическом исследовании суставного хряща головки бедренной кости
интактных щенков в возрасте 4-6 месяцев определялось зональное расположение хон-дроцитов. Толщина хряща нагружаемых суставных поверхностей головки бедра составила 645,3±11,7 мкм. Матрикс во всех зонах был гомогенен, за исключением су-перфициальной части поверхностной зоны. Для всех зон хряща характерна высокая кле-точность (рис. 1а). На большем протяжении сформирована базофильная линия. Сохранялись участки, в которых базофильная линия не была сформирована, гипертрофированный хрящ непосредственно соприкасался с субхондральной костью, которая имела тра-бекулярное строение и была представлена мелкопетлистой сетью трабекул. Доля трабе-кул в общей площади поля зрения составляла 30,9 %. Ширина трабекул - 191,09±7,2 мкм.
Суставная выстилка крыши суставной впадины была образована гиалиновым хрящом, цитоархитектоника глубокой зоны которого отличалась от таковой в суставном хряще головки бедра. Отсутствовало колончатое расположение клеток, хондроциты располагались, как и в поверхностной зоне, тангенциально. Базофильная линия на всем протяжении была сформирована (рис. 1б).
Рентгенографически через 14 суток после операции отмечалось расширение суставной щели. Незначительное утолщение краниального контура суставной впадины свидетельствовало о наличии подвывиха в суставе. Дефект дорсального края впадины сохранялся. Замыкательная костная пластина была равномерно утолщена, контуры головки бедренной кости оставались без изменений. Угол Норберга и индекс внедрения головки бедренной кости во впадину уменьшались на 0,5-2,0° и 0,1-0,2 соответственно (рис. 2).
Через 14 суток эксперимента в нена-гружаемой части головки бедра хрящ имел обычное строение, была сформирована ба-зофильная линия, сохранялись участки контакта с подлежащей костью. В нагружаемых участках, несмотря на общую гистологическую сохранность, наблюдалось изменение тинкториальных свойств межклеточного вещества. Отмечалась резко выраженная эози-нофилия межклеточного вещества поверхностной зоны с участками обесцвечивания.
В отдельных участках выявлено разволок-нение поверхностной зоны, демаскировка коллагеновых волокон, формирование множественных узур (рис. 3). Хондроциты не определялись, либо различались лишь тени клеточных лакун, лишенные содержимого. В промежуточной и глубокой зонах повышена клеточная плотность. В участках, смежных с очагами разволокнения, выявлено формирование гигантских многоядерных лакун. В глубокой зоне наблюдалось проникновение костномозгового паннуса со стороны суб-хондральной кости. Относительно интакт-ной нормы выявлено достоверное снижение толщины хряща нагружаемых суставных поверхностей головки бедра - 619,5±3,54 мкм. В субхондральном отделе толщина трабекул увеличивалась до 410,7±5,54 мкм, при этом доля трабекул в общей площади поля зрения снижалась до 17,28 %.
Суставная выстилка крыши суставной впадины была образована гиалиновым хрящом, базофильная линия сформирована. В среднем слое хряща выявлено большое количество изогенных групп. Дно впадины было образовано обильно васкуляризован-ной грануляционной тканью с преобладанием клеточного компонента. Ближе к кости преобладали расположенные параллельно друг другу пучки коллагеновых волокон.
Через 30 суток после операции на рентгенограммах отмечалось сохранение дефекта дорсального края суставной впадины. Суставные поверхности - не конгруентны. Краниальный контур суставной впадины был расширен и имел нечеткие контуры. Замыка-тельная костная пластинка была склерозиро-вана, а медиально - редуцирована. Головка бедренной кости имела уплощенную форму. Отмечалось уменьшение угла Норберга еще на 0,5-1,0° и, соответственно, уменьшение индекса внедрения головки бедренной кости во впадину (рис. 4).
К этому сроку эксперимента деструктивные изменения прогрессировали. С краев головки бедра хрящ был покрыт синовиальным паннусом клеточного типа (рис. 5а). Под паннусом снижена интенсивность окраски межклеточного вещества. В поверхностной и промежуточной зонах повышена кле-
точная плотность, большое количество 2-, 3-, 4-членных изогенных групп. В глубокой зоне межклеточное вещество интенсивно ба-зофильно, колончатое расположение клеток отсутствовало. Толщина хряща нагружаемых суставных поверхностей по сравнению с предыдущим сроком и нормой снижалась до 541,1±2,1 мкм. Отмечены участки нарушения целостности базофильной линии, наблюдалось проникновение костномозгового паннуса в хрящ. Субхондральная кость была подвержена выраженным реактивным преобразованиям: активная сосудистая инвазия, изменение тинкториальных свойств костных трабекул и их локальное склерозирование. Относительно предыдущего срока толщина трабекул увеличивалась до 423,6±4,8 мкм, при этом доля трабекул в общей площади поля зрения увеличивалась до 26,14 %.
Суставная выстилка крыши впадины была образована гиалиновым хрящом, в котором отмечено разволокнение, формирование глубоких узур, очаговые пролифераты (рис. 5б). Дно впадины образовано васкуляризованной грануляционной тканью с преобладанием толстых пучков коллагеновых волокон, расположенных вдоль линии нагрузки. Наблюдалось нарушение целостности базофильной линии, проникновение сосудов, костномозгового паннуса.
Через 60 суток после оперативного вмешательства отмечалось сохранение деформации анатомических структур поврежденного тазобедренного сустава (рис. 6).
Гистологически к этому сроку в нагружаемой части головки бедра суставной хрящ отсутствовал. Поверхность, обращенная в суставную полость, была представлена утолщенной субхондральной костью, покрытой костно-мозговым паннусом (рис. 7а). В субхондральном отделе выявлено разрежение костных трабекул, уменьшение их толщины и увеличение межтрабекулярных промежутков. В ненагружаемом участке хрящ покрыт синовиальным паннусом клеточного типа (рис. 7б). Толщина хряща в этих участках составила 721,5±2,8 мкм.
В субхондральных отделах эпифиза относительно предыдущих сроков толщина трабекул и доля трабекул в общей площади
а б
Рис. 1. Парафиновые срезы, окраска гематоксилином и эозином. Ок.12,5; об. 2,5х. а - суставной хрящ головки бедренной кости, формирование базофильной линии; б - суставной хрящ крыши суставной впадины, базофильная линия сформирована.
Рис. 2. Рентгенограмма Рис. 3. Парафиновый срез, окраска гематок-таза, вентро-дорсальная силином и эозином. Суставной хрящ головки бедренной кости, формирование множественных узур. Ок.12,5; об. 2,5х. Срок эксперимента 14 суток.
проекция. 14 суток после оперативного вмешательства.
31—д ч * ^нВшВгаш шШЕЯЯШяягй ЯК ИВчЙРНЗга'
# Р • -* - дк .лч й * ■ 1
* . * V. , - -л ' *■
* -. . - - ■ 4 > ь. 1 ■ ;
аб Рис. 5. Парафиновые срезы, окраска гематоксилином и эозином. а - суставной хрящ головки бедра покрыт синовиальным паннусом. Ок.12,5; об. 6,3х; б - разволокнение суставного хряща крыши суставной впадины. Ок.12,5; об. 2,5х. Срок эксперимента 30 суток.
Рис. 4. Рентгенограмма таза, вентро-дорсальная проекция. 30 суток после операции.
Рис. 6. Рентгенограмма таза, вентро-дорсальная проекция. Через 60 суток после операции.
ж
б
Рис. 7. Парафиновые срезы, окраска гематоксилином и эозином. Ок.12,5; об. 2,5х. а - суставной хрящ головки бедра отсутствует, поверхность представлена утолщенной субхондральной костью; б - суставной хрящ головки бедра покрыт синовиальным паннусом. Срок эксперимента 60 суток.
Y
Рис. 8. Рентгенограммы таза, вентро-дорсаль-ные проекции: а - 120 суток после операции; б - 180 суток после операции.
а
б
а^В
Рис. 9. Парафиновые срезы, окраска гематоксилином и эозином. Ок.12,5; об. 2,5х. а - суставной хрящ головки бедра покрыт синовиальным паннусом; б - разволокнение суставной поверхности головки бедра, формирование множественных узур; в - суставной хрящ крыши суставной впадины. Срок эксперимента 120 суток.
а б в
Рис. 10. Парафиновые срезы, окраска гематоксилином и эозином. а - суставной хрящ головки бедра разволокнен, покрыт синовиальным паннусом. Ок.12,5; об. 2,5х; б - суставной хрящ центрального участка головки бедра, формирование узур и очаговые пролифераты, расположенные ближе к суставной поверхности. Ок.12,5; об. 6,3х; в - суставная выстилка крыши суставной впадины. Ок.12,5; об. 2,5х. Срок эксперимента 180 суток.
□ шмиэашевмя □ пнмстяиим< ■вяйиажгямв*
<М5---
0.4---
0.35--Г -
од---1-|---р.-р
0Л5--Г -1- -Г I-I
иишкхв-' Шхь' зоздзь' Шжвь' Шяэя,
Рис. 11. Содержание серы (весовые %) в суставном хряще головки бедра на этапах эксперимента.
поля зрения увеличивалась до 437,3±3,7 мкм и 28,08 % соответственно.
Дно впадины представлено утолщенной костной пластинкой, по краям от которой наблюдалось обширное разрастание васку-ляризованной волокнистой соединительной ткани с преобладанием волокнистого компонента (толстых пучков коллагеновых волокон). В направлении крыши впадины базофильная линия не определялась, наблюдалась активизация процесса энхондрально-го костеобразования.
В отдаленные сроки наблюдения (120 и 180 суток после операции) прослеживалось усугубление выявленных изменений в тазобедренном суставе. Рентгенографически определялось уплощение суставной впадины, угол Норберга, в среднем, составлял 82-91°, индекс внедрения головки бедренной кости во впадину - 0,3-0,5. Головка бедренной кости была уплощена, шейка -цилиндрической формы. На протяжении дорсального контура шейки и в зоне линии Моргана наблюдались экзостозы. На этом сроке у некоторых животных отмечалось изменение шеечно-диафизарного угла (рис. 8).
Через 120 суток суставной хрящ нагружаемых участков головки бедра покрыт синовиальным паннусом клеточного типа. За счет чего толщина суставной выстилки увеличивалась до 991,04±8,1 мкм. Под паннусом снижена интенсивность окраски межклеточного вещества поверхностной зоны, часть хон-дроцитов в состоянии гибели и деструкции, нарушена целостность базофильной линии, со стороны субхондральной кости отмечено формирование глубоких трещин (рис. 9а). В центральной области головки наблюдалось разволокнение, формирование множествен-
ных узур (суставная поверхность имела вид «ворса ковра»), гибель клеток, очаговые про-лифераты (рис. 9б). Отмечено отторжение фрагментов паннуса в суставную полость. В субхондральных отделах эпифиза толщина трабекул и доля трабекул в общей площади поля зрения составили 400,1±5,2 мкм и 27,4 % соответственно.
Суставная выстилка крыши суставной впадины была покрыта паннусом, замещающим гиалиновый хрящ (рис. 9в). На границе с паннусом хондроциты пролиферировали, образуя многочленные изогенные группы. Дно впадины образовано васкуляризованной соединительной тканью с преобладанием волокнистого компонента. В костной ткани отмечено усиление процессов костеобразо-вания.
Через 180 суток эксперимента головка бедра была деформирована. Наблюдалось обильное разрастание синовиальной оболочки по суставной поверхности в полость сустава. В нагружаемых участках головки бедра толщина хряща составила 846,1±5,2 мкм. Под паннусом хрящ подвержен глубоким деструктивным изменениям: матрикс разво-локнен, снижена интенсивность его окраски, хондроциты в состоянии гибели (рис. 10а). В центральной области головки хрящ истончен (толщина - 395,3±2,1 мкм), узурирован, определялись лишь тени клеточных лакун и очаговые пролифераты, расположенные ближе к суставной поверхности (рис. 10б). Целостность базофильной линии нарушена. В субхондральных отделах эпифиза толщина трабекул и доля трабекул в общей площади поля зрения составили 260,8±8,6 мкм и 29,4 % соответственно.
Суставная выстилка крыши суставной впадины по периферии покрыта синовиальным паннусом. Нарушена архитектоника хряща, наблюдалась демаскировка колла-геновых волокон, часть клеток в состоянии деструкции, выявлены участки нарушения базофильной линии, гиалиновый хрящ замещался растущей со стороны субхондраль-ной кости соединительной тканью (рис. 10в). Дно впадины образовано васкуляризованной соединительной тканью с прослойками жировой клетчатки.
Методом электронно-зондового микроанализа выявлено неравномерное распределение серы по зонам интактного суставного хряща (норма). Наибольшее содержание серы было выявлено в глубокой зоне, наименьшее - в поверхностной. Данная закономерность распределения серы по зонам хряща сохранялась на всех сроках эксперимента. Через 14 суток выявлено достоверное (р < 0,05) снижение серы во всех зонах хряща, на последующих этапах эксперимента 30 и 120 суток сохранялась тенденция к дальнейшему снижению анализируемого параметра. Через 180 суток содержание серы во всех зонах увеличивалось по сравнению со значениями предыдущего срока эксперимента, относительно нормы сохранялись сниженные значения (рис. 11).
Обсуждение результатов
Таким образом, при моделировании дис-плазии у щенков в возрасте 4-6 месяцев в суставном хряще выявлены деструктивные изменения его компонентов, выражающиеся разволокнением коллагеновых волокон, формированием узур, гибелью хондроцитов. На начальных этапах этот процесс сопровождался активной пролиферацией хондроцитов. Способность к регенерации не компенсировала усиленного износа перегруженных суставных поверхностей. С увеличением сроков эксперимента прогрессировали деструктивные изменения, хрящ истончался, вплоть до полного обнажения субхондральной кости. В большей части наблюдений деструктивные изменения в суставе сопровождались признаками воспаления - отмечено обильное разрастание синовиального паннуса, что являлось отражением реактивной реакции синовиальной оболочки на травматизацию при функционировании сустава. В субхондральной кости на начальных этапах эксперимента выявлено разрежение костных трабекул. К 60 суткам эксперимента подлежащая субхондраль-ная пластинка была значительно утолщена. Отмеченные изменения являлись следствием нарушения обменных процессов суставного
хряща и субхондральной кости, свидетельствующих о снижении синтеза и преобладании катаболических процессов.
Результаты рентгенографического исследования подтвердили получение типичной картины, характерной для диспластического коксартроза, и доказали усугубление выявленных признаков с увеличением срока эксперимента.
Выводы
Таким образом, обнаруженные гистологические сдвиги в элементах тазобедренного сустава свидетельствуют о серьезных нарушениях, выявлены необратимые изменения как в хрящевой ткани суставной впадины таза и головки бедренной кости, так и в субхондральной кости. Полученные результаты исследования суставного хряща тазобедренного сустава при моделировании дисплазии согласуются с литературными [3] - фактор агрессии был более выражен в бедренном компоненте в связи с его большей подвижностью.
Исходя из результатов исследования, лечение данной патологии необходимо начинать как можно раньше. А с учетом того, что при данном патологическом процессе подавлены собственные регенераторные возможности суставного хряща, то его максимально возможное восстановление при последующем лечении невозможно без участия внешних стимуляторов хондрогенеза.
Список литературы
1. Алексеева, Л. И. Субхондральная кость при осте-оартрозе: новые возможности терапии / Л. И. Алексеева, Е. М. Зайцева // РМЖ. - 2004. - Том 12. - № 20.
2. Маланин, Д. А. Пластика полнослойных дефектов покровного хряща коленного сустава цилиндрическими костно-хрящевыми ауто- и аллотран-сплантатами малого размера (экспериментальное исследование)/Д. А. Маланин,В. Б. Писарев,Л.Л.Черезов, В. Г. Шилов, А. М. Шауки Мохамад // Вестник травматологии и ортопедии. - 2000. - № 2. - С. 16-21.
3. Самошкин, И. Б. Морфофункциональные особенности тазобедренного сустава собак при дисплазии / И. Б. Самошкин // Морфология. - 1996. -№ 2. - С. 88.
