CC BY
10
Российский медико-биологический вестник
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Том 31, № 2, 2023 имени академика И. П. Павлова - 177
УДК 616.72-007.248-02:617-0011-008.9-092.9
йСН: https://doi.org/10.17816/PAVL0VJ111575
Свободно-радикальное окисление
/ V V V
и обменные процессы хрящевой и костной тканей у животных с хирургической моделью посттравматического остеоартроза
С. В . Белова®, Р. А. Зубавленко, Е. В . Гладкова, И . В . Бабушкина, В . Ю . Ульянов
Научно-исследовательский институт травматологии, ортопедии и нейрохирургии, Саратовский государственный медицинский университет имени В . И . Разумовского, Саратов, Российская Федерация
АННОТАЦИЯ
Введение. Посттравматический остеоартроз (ПТОА), возникающий в результате травматических повреждений соединительнотканных компонентов сустава, сопровождается образованием свободных радикалов, активирующих хондро- и остеорезорбцию, что приводит к фрагментации биополимеров экстрацеллюлярного матрикса суставных тканей
Цель. Изучить особенности свободно-радикального окисления и обменных процессов хрящевой и костной тканей у животных с хирургической моделью ПТОА коленного сустава .
Материалы и методы. Исследование выполнено на 31 крысе (11 интактных животных и 20 животных с моделью ПТОА) Проводилась оценка обменных процессов соединительной ткани по изменению содержания биомаркеров хрящевой (гиалуронан, аггрекан) и костной (фактор роста фибробластов-23, остеопротегерин, склеростин, остеокальцин) тканей О состоянии процессов свободно-радикального окисления судили по уровню гидроперекисей липидов . Оценку активности антиоксидантной системы проводили по показателям суммарного антиоксидантного и тиолового статусов
Результаты. У крыс с моделью ПТОА отмечалось повышение биополимеров хрящевой ткани аггрекана и гиалуронана (р < 0,001) при негативном изменении маркера костного формирования (тенденция повышения содержания остеокальцина) и маркеров регуляции костного гомеостаза (повышенный уровень фактора роста фибробластов-23, р < 0,001) при тенденции к снижению содержания остеопротегерина и склеростина в сравнении с интактными животными группы контроля Параллельно с этим было выявлено повышение гидроперекисей липидов (р < 0,01) в системном кровотоке при снижении показателя тиолового статуса (р < 0,01) и сохранении нормальной общей антиоксидантной активности (р > 0,05).
Заключение. Данные проведенного исследования свидетельствовали об интенсификации свободно-радикального окисления и расстройстве обменных процессов костной и хрящевой тканей у животных с хирургической моделью ПТОА коленного сустава. Негативное изменение метаболического обмена костной ткани проявлялось разбалансировкой процессов ремоделирования, а нарушение обмена хрящевой ткани заключалось в деструкции ее биополимеров в условиях интенсификации процессов свободно-радикального окисления и относительной напряженности тиоловой системы при находившейся в рамках физиологической нормы общей антиоксидантной активности . Установленные факты являются перспективными в плане использования изучаемых биомаркеров как в выявлении патогенетических триггеров ПТОА коленного сустава, так и при определении направления терапевтических мероприятий
Ключевые слова: модель посттравматического остеоартроза; свободно-радикальное окисление; хрящевая ткань; костная ткань
Для цитирования:
Белова С.В., Зубавленко Р.А., Гладкова Е.В., Бабушкина И.В., Ульянов В.Ю. Свободно-радикальное окисление и обменные процессы хрящевой и костной тканей у животных с хирургической моделью посттравматического остеоартроза // Российский медико-биологический вестник имени академика И. П. Павлова. 2023. Т. 31, № 2. С. 177-184. йС!: https://doi.org/10.17816/PAVL0VJ111575
Рукопись получена: 05 .10 . 2022
Рукопись одобрена: 13 . 01. 2023
Опубликована:30 . 06 . 2023
ЭКО* ВЕКТОР
© Эко-Вектор, 2023 Все права защищены
ORIGINAL STUDY ARTICLES 178 -
Vol. 31 (2) 2023
I. P. Pavlov Russiam Medical Biological Herald
DOI: https://doi.org/10.17816/PAVL0VJ111575
Free Radical Oxidation and Metabolic Processes
of Cartilage and Bone Tissues in Animals
with Surgical Model of Posttraumatic Osteoarthrosis
Svetlana V. BelovaH, Roman A. Zubavlenko, Ekaterina V. Gladkova, Irina V. Babushkina, Vladimir Yu . Ul'yanov
Scientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery, V . I . Razumovsky Saratov State Medical University, Saratov, Russian Federation
ABSTRACT
INTRODUCTION: Posttraumatic osteoarthrosis (PTOA) resulting from injuries of connective-tissue components of the joint, is accompanied by formation of free radicals activating chondro- and osteoresorption, which leads to fragmentation of biopolymers of the extracellular matrix of the joint tissues .
AIM: To study the peculiarities of free radical oxidation and metabolic processes of cartilage and bone tissues in animals with a surgical model of PTOA of the knee joint
MATERIALS AND METHODS: The study was conducted on 31 rats (11 intact animals and 20 animals with PTOA model). The metabolic processes of the connective tissue were evaluated by the changes in the content of biomarkers of the cartilage (hyaluronan, aggrecan) and bone (fibroblast growth factor-23, osteprotegerin, sclerostin, osteocalcin) tissues . The condition of the free radical oxidation processes was evaluated by the level of lipid hydroperoxides, and the activity of antioxidant system by the parameters of the total antioxidant and thiol statuses .
RESULTS: In rats with the PTOA model, an increase in cartilage tissue biopolymers aggrecan and hyaluronan (p < 0 . 001) was noted with a negative change in the marker of bone formation (a tendency to increase in the content of osteocalcin) and markers of regulation of bone homeostasis (increased fibroblast growth factor-23, p < 0 . 001), with a tendency to decrease in the content of osteoprotegerin and sclerostin, in comparison with intact animals of the control group . In parallel with this, an increase in lipid hydroperoxides (p < 0 . 01) in the systemic bloodstream was detected with a decrease in the thiol status index (p < 0 . 01) with preserved normal total antioxidant activity (p > 0 . 05) .
CONCLUSION: The data of the conducted study evidences intensification of free radical oxidation and derangement of metabolic processes in the bone and cartilage tissues in animals with a surgical model of PTOA of the knee joint A negative change in the metabolism of the bone tissue was manifested by the loss of balance of remodeling processes, and metabolic disorders in the cartilage tissue consisted in the destruction of its biopolymers in conditions of intensification of free radical oxidation processes and relative tension of the thiol system with the total antioxidant activity remaining within the physiological norm . The established facts are promising from the point of view of using the studied biomarkers both for the identification of pathogenetic triggers of PTOA of the knee joint, and for the determination of the direction of therapeutic measures
Keywords: model of posttraumatic osteoarthrosis; free radical oxidation; cartilage tissue; bone tissue For citation:
Beiova SV, Zubavienko RA, Giadkova EV, Babushkina IV, Ui'yanov VYu. Free Radical Oxidation and Metabolic Processes of Cartilage and Bone Tissues in Animals with Surgical Model of Posttraumatic Osteoarthrosis. I. P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2023;31(2):177-184. DOI: https://doi.org/10.17816/PAVL0VJ111575
Received: 05 .10 . 2022 Accepted: 13 . 01. 2023 Published: 30 . 06 . 2023
© Eco-Vector, 2023 All rights reserved
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Том 31, № 2, 2023
Российский медико-биологический вестник имени академика И. П. Павлова
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ПТОА — посттравматический остеоартроз СТ — соединительная ткань
ВВЕДЕНИЕ
Посттравматический остеоартроз (ПТОА) — часто встречающееся заболевание, возникающее в основном у лиц трудоспособного возраста в результате травматических повреждений соединительнотканных компонентов сустава [1], приводящих к дегенеративно-деструктивным изменениям в хрящевой и костной соединительной ткани (СТ). По мере развития патологических событий при ПТОА активируются физиологические и биохимические реакции, в результате которых происходят молекулярно-клеточные изменения в СТ, ведущие к апоптозу хондроцитов и остеобластов . Кроме того, известно, что при ПТОА в результате активации процессов свободно-радикального окисления образуются агрессивные продукты, оказывающие деструктивное влияние на суставные структуры [2] . Свободные радикалы кислорода и азота активируют хондро- и остео-резорбцию как непосредственно, так и через цитокин-индуцированное увеличение содержания матриксных металлопротеиназ, в результате чего происходит фрагментация гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, биополимеров экстрацеллюлярного матрикса СТ [3] .
Изучение патогенетических механизмов патологических процессов предусматривает применение различных биологических моделей на животных с целью объективизации состояния, прогнозирования исходов и определения фармакологических и оперативных методов лечения .
При ПТОА роль отдельных триггеров в возникновении и развитии дегенеративно-дистрофических событий в суставном хряще как основном очаге происходящих патологических реакций освещена в научной литературе довольно широко, при этом единой концепции участия патогенетических факторов, формирующих множество различных нарушений в суставной системе, на сегодняшний день не определено . Поэтому изучение метаболизма СТ и процессов свободно-радикального окисления у животных с экспериментальным ПТОА является актуальным и перспективным
Цель — изучить особенности свободно-радикального окисления и обменных процессов хрящевой и костной тканей у животных с хирургической моделью посттравматического остеоартроза коленного сустава
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Экспериментальное исследование проведено согласно «Европейской Конвенции по защите позвоночных животных, которые используются в экспериментальных и других научных целях» (Страсбург, 1986), а также
в соответствии с приказом Министерства здравоохранения Российской Федерации № 267 от 19 . 06 . 2003 «Об утверждении правил лабораторной практики» . Протокол проведения научного исследования рассмотрен и одобрен Комитетом по этике Саратовского государственного медицинского университета имени В . И . Разумовского (Протокол заседания № 1 от 05 . 02 . 2019) .
Исследование выполнялось на 31 нелинейной крысе .
Критерии включения:
- мужской пол особи;
- масса 250-350 г;
- возраст от 3 до 6 месяцев;
- отсутствие признаков какого-либо заболевания .
Все животные были разделены на две исследуемые группы:
- контрольную — 11 интактных крыс;
- опытную — 20 крыс с хирургической травмой коленного сустава
Моделирование ПТОА осуществляли с помощью хирургического вмешательства на правом заднем коленном суставе, которое включало следующие этапы: за 5 минут до начала проведения экспериментальных манипуляций выполняли общую анестезию путем внутримышечного введения комбинации Золетила® (Virbac Sante Animale, Франция) в дозе 0,1 мл/кг и Ксила® (Interchemie, Нидерланды) в дозе 10 мг/кг . Далее осуществляли подготовку операционного поля путем выбривания области заднего коленного сустава с обработкой бриллиантовым зеленым Разрез кожной поверхности начинали на 2-3 мм выше надколенника, от этой точки кожу рассекали вниз, следуя скальпелем по внутренней поверхности надколенника Операционный разрез заканчивали на 2 мм ниже надколенника, при этом общая длина кожного разреза составляла 5-6 мм . После послойного рассечения мягких тканей выполняли вскрытие капсулы сустава Затем скальпелем пересекали переднюю крестообразную связку в межмы-щелковом пространстве и делали насечки на нагружаемые поверхности сустава, создавая клиновидный дефект на поверхности суставного хряща бедренной кости [4] . После завершения хирургических манипуляций операционную рану послойно ушивали и проводили тест на нестабильность сустава «передний выдвижной ящик» Операционное поле было обработано раствором антисептика При данном хирургическом вмешательстве перевязочных материалов и дополнительной фиксации конечности не использовали .
Кровь для проведения лабораторных тестов получали путем интракардиального забора под наркозом . Животных из эксперимента выводили путем передозировки наркоза на 28 сутки эксперимента .
ORIGINAL STUDY ARTICLES 180 -
Vol. 31 (2) 2023
I, P, Pavlov Russian Medical Biological Herald
Оценку обменных процессов СТ проводили по изменению содержания биомаркеров хрящевой ткани: ги-алуронана (Hyaluronan Immunoassay, Quantikine ELISA, R & D System, США), аггрекана (AGC, ООО Алма-Бион, Россия) — в сыворотке крови методом иммунофермент-ного анализа . В качестве маркера ремоделирования суб-хондральной кости анализировали количество фактора роста фибробластов-23, остеопротегерина, склерости-на методом мультиплексного анализа с применением «костной панели» на анализаторе MAGPIX (Luminex Corp . , США). Количество остеокальцина (Rat-Mid Osteocalcin ELISA, IDS, Великобритания) определяли методом им-муноферментного анализа ANTOS 2020 (Biochrom Ltd . , Великобритания) Количество гиалуронана, аггрекана, остеопротегерина выражали в нг/мл, фактора роста фи-бробластов-23, склеростина, остеокальцина — в пг/мл .
Состояние процессов свободно-радикального окисления оценивали по образованию в сыворотке крови гидроперекисей липидов (Lipid Hydroperoxide Assey Kit, Cayman Chemical, США), активность антиоксидант-ной системы проводили по показателям суммарного антиоксидантного (Total antioxidative statys/capacity (TAS/TAC) Kit, Immundiagnostik AG, Германия) и тиоло-вого (Thiol-status, Immundiagnostik AG, Германия) статусов методом иммуноферментного анализа на фотометре EPOCH (BioTech, США). Полученные результаты выражали в нмоль/л .
Статистическая обработка цифровых данных проводилась с помощью программ Excel 2010 (Microsoft, США) и программного обеспечения AtteStat (Source Forge, США). Результаты анализа вариационных рядов не соответствовали закону нормального распределения, поэтому были использованы методы непараметрической статистики (критерий Манна-Уитни). Результаты
Кроме того, на фоне нарушения обменных процессов хрящевой и костной тканей у крыс с ПТОА отмечался рост уровня гидроперекисей липидов сыворотки крови (табл . 2) — промежуточных продуктов перекисного окисления липидов . Определение общей активности антиок-сидантной системы не показало каких-либо значимых изменений у крыс с ПТОА, при этом содержание тиоловых групп было снижено (табл . 2), что свидетельствует о недостаточности антиоксидантного обеспечения.
исследования были представлены в виде медианы (Ме) и интерквартилей (01; 03). Критический уровень значимости принимался равным р < 0,05 .
РЕЗУЛЬТАТЫ
В ходе проведения экспериментальной работы у животных с ПТОА коленных суставов зарегистрировано более высокий уровень аггрекана в сыворотке крови (25,7 (24,9; 28,0) нг/мл) по сравнению с контрольной группой (17,8 (15,0; 18,0) нг/мл, р < 0,001), что, вероятно, является следствием дегенеративных процессов в хрящевой СТ. Кроме того, повышенное содержание в сыворотке крови крыс опытной группы гиалуронана (102,2 (92,2; 114,3) нг/мл) по сравнению с контрольной группой (60,4 (53,4; 64,8) нг/мл, р < 0,001) свидетельствует о нарушении метаболизма хряща.
При исследовании биомаркеров ремоделирования субхондральной кости у животных с ПТОА зарегистрирована негативная динамика, при этом содержание показателя формирования костной ткани остеокальцина не изменялось по сравнению с данными в контрольной группе (р > 0,05, табл . 1).
Содержание остеопротегерина (табл . 1) не изменялось в сравнении с данными интактных животных контрольной группы (р > 0,05). Определение уровня фактора роста фибробластов-23 демонстрировало его статистически значимое (р < 0,001) повышение в сыворотке крови крыс с ПТОА по сравнению со значениями в контрольной группе (табл . 1), что свидетельствует о повышении активации костных клеток. При сравнительной оценке содержания склеростина — гликопротеина, регулирующего костный метаболизм — не было выявлено статистически значимых различий (табл 1)
ОБСУЖДЕНИЕ
В настоящее время описано достаточно много методов по моделированию ПТОА Как правило, к основным факторам риска развития данного заболевания относятся нарушение целостности мениска и разрыв передней крестообразной связки, обеспечивающей стабилизацию коленного сустава [5], поэтому в нашем исследовании мы применили хирургическую модель ПТОА на крысах
Таблица 1. Маркеры костного ремоделирования (Me (Q1; Q3)) в исследуемых группах крыс)
Параметры Интактные животные Животные с моделью посттравматического остеоартроза р
n 11 20 -
Остеокальцин, нг/мл 186,3 (138,2; 193,3) 200,5 (174,7; 229,6) 0,1864
Остеопротегерин, пг/мл 1228,3 (979,0; 1451,8) 1010,2 (937,1; 1109,2) 0,0693
Фактор роста фибробластов-23, пг/мл 23Û,1 (19Û,2; 237,1) 283,4 (263,1; 320,8) Û,ÛÛÛ6
Склеростин, пг/мл 207,5 (156,4; 208,6) 158,2 (144,3; 224,8) 0,2312
Российский медико-биологический вестник
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Том 31, № 2, 2023 имени академика И. П. Павлова
Таблица 2. Показатели процессов свободно-радикального окисления и активности антиоксидантной системы в исследуемых группах крыс (Ме (01; 03))
Параметры Интактные животные Животные с моделью посттравматического остеоартроза р
п 11 20 -
Гидроперекиси липидов, нмоль/л 6,1 (5,4; 6,5) 7,5 (7,0; 9,1) 0,0118
Общий антиоксидантный статус, нмоль/л 302,3 (280,1; 317,7) 281,3 (272,9; 307,8) 0,1731
Тиоловый статус, нмоль/л 109,4 (101,7; 115,8) 87,5 (75,3; 103,8) 0,0041
путем пересечения передней крестообразной связки в межмыщелковом пространстве . Вызываемые данной операцией нарушения в тканях суставов у животных аналогичны метаболическим изменениям, происходящим в соединительнотканных суставных структурах пациентов с остеоартрозом [6]
Суставной хрящ отличает уникальные характеристики СТ в результате сопряженной работы различных высокомолекулярных соединений экстрацеллюлярного матрикса, имеющего сложно устроенный комплекс, состоящий из гиалуроновой кислоты, коллагена II типа, не-коллагеновых белков и протеогликанов, одним из которых является аггрекан, выполняющий важную функцию по противодействию механическим нагрузкам и поддерживающий осмотическое давление, которое осуществляет физиологическое функционирование клеток и тканей [8] . Синтез аггрекана осуществляет ген АСАМ, мутация которого может спровоцировать возникновение и развитие диспластических процессов в соединительной ткани В структуру аггрекана входят углеводные и белковые компоненты, на состав последних следует обратить особое внимание . Сходность аминокислотной последовательности в молекуле аггрекана суставного хряща крысы и человека составляет 75%, что указывает на оптимальный выбор данного вида животных для изучения соединительнотканной патологии [7]
В нашем исследовании у крыс с ПТОА при изучении количественных характеристик аггрекана было выявлено повышение его содержания в сыворотке крови, свидетельствовавшее о деструкционных явлениях в хрящевой СТ. При остеоартрозе у людей за распад макромолекулы аггрекана отвечают аггрекиназа и матриксные металло-протеиназы, при этом его фрагментные участки появляются в синовиальной жидкости и формируют синовит . Кроме того, у пациентов с остеоартрозом обнаружен полиморфизм аггрекана . Выявлены аллельные отличительные особенности ХС1-доменов аггрекана, представляющих собой хондроитинсульфатные цепи, что дает возможность оптимизировать составление прогноза о риске возникновения и развития данной патологии [7] Деструкция хрящевой СТ у крыс с ПТОА была подтверждена повышением уровня гиалуронана — не-сульфатированного гликозаминогликана, являющегося одним из основных элементов внеклеточного экстрацеллюлярного матрикса СТ . Гиалуронан в виде полимера,
состоящего из остатков О-глюкуроновой кислоты и О-М-ацетилглюкозамина, отличает свободное существование в виде молекулы без ковалентных связей . Являясь структурной единицей экстрацеллюлярного матрикса, гиалуронан обеспечивает его биологические функции (ионный обмен, гидрофильность, избирательный транспорт веществ) [8] Выявленное нами повышенное значение гиалуронана у крыс с ПТОА, как и у пациентов с остеоартрозом коленных суставов [9], говорило о дегенеративно-деструктивных событиях в экстрацеллюляр-ном матриксе . Полученные результаты, вероятнее всего, связанны с конформационными изменениями молекулы гиалуронана, биосинтез которого осуществляется в присутствии гиалуронансинтазы на внутренней поверхности мембраны клеток фибробластического дифферона . Кон-формационные изменения молекулы гиалуронана, возникающие в метаболически неблагоприятных условиях, влекут за собой нарушение физико-химических и биологически-функциональных свойств экстрацеллюлярного матрикса СТ. Кроме того, и размер молекулы гиалуронана, и его концентрация могут влиять на вязкоэластичные свойства экстрацеллюлярного матрикса В образовании каркасной сетки матрикса СТ может принимать участие как высоко-, так и низкомолекулярный гиалуронан, который образует отдельно расположенные участки сетчатой структуры матрикса из-за уменьшения размеров его молекулы, что приводит к отрицательному изменению функциональных свойств СТ . В присутствии связующего белка гиалуронан имеет свойство объединяться с мономерами аггрекана хрящевой ткани, в результате чего образуются отрицательно заряженные гидрофильные комплексы, несущие ответственность за вязкоэластичные амортизирующие свойства хрящевой СТ [8] . Таким образом, изучение состояния хрящевой СТ у животных с хирургической моделью ПТОА показало повышенное содержание биополимеров аггрекана и гиалуронана в сыворотке крови .
Костная ткань характеризуется динамично происходящими процессами ремоделирования, предусматривающего ее формирование и резорбцию При определении маркера формирования костной ткани остеокальцина была выявлена его повышенная концентрация у животных с ПТОА. Одной из отличительных черт остеоартроза является высокая концентрация остеокальцина на фоне низкой минерализации внеклеточного матрикса остеобластами в результате приостановки дифференцировки
ORIGINAL STUDY ARTICLES
Vol. 31 (2) 2023
I. P. Pavlov Russian Medical Biological Herald
остеобласта до начала возможности минерализировать матрикс при высокой экспрессии фибриллярных белков с низкой минерализационной активностью . Отмеченное нами умеренное повышение содержания остеокальцина у крыс с ПТОА свидетельствовало о нарастающей синтетической активности остеобластов и было сопоставимо с результатами авторов научного исследования, определившими повышенный уровень остеокальцина у морских свинок с экспериментальным остеоартрозом [10] .
При изучении маркеров, регулирующих процессы костного ремоделирования, было обнаружено снижение содержания остеопротегерина, относящегося к 11b суперсемейству рецепторов альфа-фактора некроза опухоли [11], а также входящего в состав системы RANK-RANKL-OPG, которая обусловливает стабильность в костном го-меостазе и имеет немаловажное значение в процессах ремоделирования . В основном синтез остеопротегерина обеспечивается остеобластами, однако к этому могут быть причастны и другие клетки тканей различных систем [12] . Антирезорбтивное свойство остеопротегерина осуществляется за счет понижения активности реакционного взаимодействия RANKL с RANK, что в итоге может приводить к негативным последствиям в процессах дифференцировки и созревания [11] . Выявленное незначительное снижение (р > 0,05) содержания остеопротегерина расценивалось нами как умеренное снижение активности остеокластогенеза. Научные изыскания по определению роли остеопротегерина в процессах костного гомеостаза свидетельствовали о понижении уровня остеокластов при его избыточном синтезе [12] .
Анализ данных по количественному содержанию еще одного маркера костного гомеостаза — фактора роста фибробластов-23 — показал его повышение в сыворотке крови животных с ПТОА по сравнению со значениями интактных животных. Фактор роста фибробластов-23 — фосфатурический гормон белковой природы, принимающий участие в обеспечении контроля за минеральным обменом и метаболизмом фосфора . Основной зоной синтеза фактора роста фибробластов-23 являются клетки костной ткани, при этом он может синтезироваться в вентролате-ральных ядрах таламуса и в незначительных количествах в тимусе и дендритных клетках [13] . Обладая фосфатури-ческими свойствами, данный гормон повышает экскрецию фосфатов почками, реабсорбцию катионов кальция в канальцах и кишечную абсорбцию кальция в результате активации образования паратиреоидного гормона Полученное нами увеличение концентрации фактора роста фибробластов-23 можно расценивать как повышение активности клеток костной ткани .
При изучении уровня склеростина в качестве регулирующего маркера костного ремоделирования было обнаружено понижение его содержания у животных с моделью ПТОА, что могло свидетельствовать об умеренном снижении синтетической активности костной ткани Склеростин экспрессируется в остеоцитах и накапливается
в канальцах и лакунах клетки . Он принадлежит к числу антагонистов канонического Wnt-сигнального пути и занимает свободные рецепторы за счет образования связи с ЬРР5. На поверхности зрелой костной клетки — остео-ците — склеростин связывается с корецепторами ЬРР5 и ЬРР6, тем самым блокирует образование комплекса Wnt-Фзд^Р5 и содействует прерыванию Wnt-сигнализации, в результате чего происходит снижение активности осте-областогенеза и образование костной ткани на фоне торможения процессов пролиферации и дифференцировки остеобластов . Известны факты участия склеростина в регуляции остеобластогенеза при наследственных заболеваниях с избыточным окостенением, например, склеростозе и болезни Ван Бучема, обусловленных происходящей мутацией в гене склеростина [14] . Данное обстоятельство целесообразно учитывать в исследовании механизмов раз-балансированности процессов ремоделирования костной ткани у пациентов с соединительнотканной патологией .
Как правило, неизбежным исходом травматического воздействия на сустав является развитие ПТОА, сопровождающееся возникновением микроциркуляторных расстройств, активирующих свободно-радикальное окисление, вызывающее повреждение суставных структур [15] .
У обследованных нами животных с ПТОА результаты проведенных измерений продемонстрировали активацию процессов свободно-радикального окисления, о чем свидетельствовало накопление в сыворотке крови гидроперекисей липидов, относящихся к промежуточным субстанциям процессов перекисного окисления липидов и участвующих в нарушении целостности плазматических мембран [16], результатом чего становится формирование их функциональной несостоятельности за счет утраты основных барьерных свойств [17] . В другом исследовании у животных с экспериментальной травмой коленного сустава также было установлено значительное повышение содержания в плазме крови продуктов перекисного окисления липидов (малоновый диальдегид, диеновые конъ-югаты) на фоне уменьшения суммарной активности анти-оксидантной системы (снижение содержания каталазы и супероксиддисмутазы в плазме и эритроцитах) [18] .
При оценке общей активности антиоксидантной системы не было определено значимых различий между интактными крысами и животными с ПТОА . Однако у последних наблюдалось снижение содержания тиоловых групп, что являлось предиктором возникновения несостоятельности редокс-буферной системы клеток при патологическом расходе антиоксидантных ресурсов, призванных обеспечивать физиологический баланс между про- и антиоксидантными процессами
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данные проведенного исследования свидетельствовали об интенсификации свободно-радикального окисления и расстройстве обменных процессов костной
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Том 31, № 2, 2023
Российский медико-биологический вестник имени академика И. П. Павлова
и хрящевой тканей у животных с хирургическом моделью посттравматического остеоартроза коленного сустава в сравнении с интактными животными .
Негативное изменение метаболического обмена костной ткани проявлялось разбалансировкой процессов ремоделирования, установленной по отрицательному изменению маркера костного формирования (повышенная концентрация остеокальцина) и маркеров, регулирующих костный гомеостаз (повышенное содержание фактора роста фибробластов-23 на фоне снижения содержания остеопротегерина и склеростина)
Нарушение обменных процессов хрящевой ткани заключалось в деструкции ее биополимеров (повышенный уровень аггрекана и гиалуронана) в условиях интенсификации процессов свободно-радикального окисления, судя по накоплению гидроперекисей липидов в системном кровотоке и относительной напряженности антиоксидантной системы, установленной по снижению содержания тиоловых соединений при находившейся в рамках физиологической нормы общей антиоксидант-ной активности .
Установленные факты являются перспективными в плане использования изучаемых биомаркеров как в выявлении патогенетических триггеров посттравматического остеоартроза коленного сустава, так и при определении направления терапевтических мероприятий
ДОПОЛНИТЕЛЬНО
Финансирование. Исследование выполнено в рамках проекта № SSMU-2021-002 «Комплексное исследование патогенетических механизмов развития патологических процессов в скелетных тканях у животных с экспериментальной моделью посттравматического остеоартроза». Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов . Вклад авторов: Белова С. В. — концепция и дизайн исследования, анализ и интерпретация результатов, написание текста статьи; Зубавленко Р. А. — сбор материала, статистическая обработка данных; Гладкова Е. В. — выполнение исследований методом иммуноферментного анализа; Бабушкина И. В. — выполнение исследований методом мультиплексного анализа; Ульянов В. Ю. — редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Funding. This research was performed as part of the research project SSMU-2021-002 «A comprehensive study of the pathogenetic mechanisms of the pathological progress in skeletal tissues of animals with an experimental model of post-traumatic osteoarthritis» of V. I. Razumovsky Saratov State Medical University.
Conflict of interests. The authors declare no conflicts of interests. Contribution of the authors: S. V. Belova — the concept and design of the study, analysis, interpretation of the findings, writing and editing the text; R. A. Zubavlenko — data collection, statistical processing of data; E. V. Gladkova — ELISA testing,- I. V. Babushkina — multiplex assay testing; V. Yu. Ulyanov — text editing, approval of the article final version. The authors confirm the correspondence of their authorship to the ICMJE International Criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Головач И.Ю., Егудина Е.Д. Посттравматический остеоатрит: современные представления о развитии, прогрессировании и терапевтических подходах // Политравма. 2019. № 1. С. 82-89.
2. Захватов А.Н., Тарасова Т.В., Аванесов А.М., и др. Коррекция нарушений обмена коллагена при артрите посттравматического генеза // Журнал научных статей «Здоровье и образование в XXI веке». 2018. Т. 20, № 12. С. 193-197.
3. Rees M.D., Hawkins C.L., Davies M.J., et al. Hypochlorite and superoxide radicals can act synergistically to induce fragmentation of hyaluronan and chondroitin sulfates // The Biochemical Journal. 2004. Vol. 381, Pt. 1. P. 175-184. doi: 10.1042/BJ20040148
4. Слесаренко Н.А., Широкова Е.О. Репаративный остео- и хондроге-нез в условиях индуцированного остеоартроза у лабораторных животных // Российский ветеринарный журнал. Мелкие домашние и дикие животные. 2012. № 1. С. 6-8.
5. Щелкунова Е.И., Воропаева А.А., Русова Т.В., и др. Применение экспериментального моделирования при изучении патогенеза остеоартроза (обзор литературы) // Сибирский научный медицинский журнал. 2019. Т. 39, № 2. С. 27-39. doi: 10.15372/SSMJ20190203
6. Tawonsawatrik T., Stiwatananukulkit O., Himakhun W., et al. Comparison of pain behavior and osteoarthritis progression between anterior cruciate ligament transection and osteochondral injury in rat models // Bone & Joint Research. 2018. Vol. 7, No. 3. Р. 244-251. doi: 10.1302/2046-3758.73.BJR-2017-0121.R2
7. Дедух Н.В. Аггрекан // Боль. Суставы. Позвоночник. 2012. № 4 (8). С. 26-28.
8. Капулер О., Галеева А., Сельская Б., и др. Гиалуронан: свойства и биологическая роль // Врач. 2015. № 2. С. 25-27.
9. Shimura Y., Kurosawa H., Kaneko H., et al. Serum hyaluronan levels are associated with disability for activity of daily living in patients with knee osteoarthritis regardless of the radiographic severity of the disease // Osteoarthritis and Cartilage. 2018. Vol. 26, Suppl. 1. P. S354-S355. doi: 10.1016/j.joca.2018.02.702
10. Кабалык М.А. Биомаркеры и участники ремоделирования суб-хондральной кости при остеоартрозе // Тихоокеанский медицинский журнал. 2017. № 1. С. 36-41. doi: 10.17238/PmJ1609-1 175.2017.1.37-41
11. Вербовой А.Ф., Цанава И.А., Митрошина Е.В., и др. Остеопротегерин — новый маркер сердечно-сосудистых заболеваний // Терапевтический архив. 2017. № 4. С. 91-94. doi: 10.17116/terarkh201789491-94
12. Каргина И.Г. Комплекс остеопротегерин-кальцитонин в системе остеогенеза при рахите // Современные проблемы науки и образования. 2019. № 5. Доступно по: https://science-education.ru/ru/article/ view?id=29214. Ссылка активна на 13.01.2023.
13. Карлович Н.В. Фактор роста фибробластов 23 (FGF 23) — новый гормон, регулирующий минеральный обмен // Лечебное дело: научно-практический терапевтический журнал. 2017. № 4 (56). С. 61-67.
14. Гребенникова TA, Белая Ж.Е., Рожинская Л.Я., и др. Канонический сигнальный путь Wnt/в-катенин: от истории открытия до клинического применения // Терапевтический архив. 2016. Т. 88, № 10. С. 74-81. doi: 10.17116/terarkh201688674-81
15. Зубавленко Р.А., Белова С.В., Гладкова Е.В., и др. Морфологические изменения суставного хряща и процессы перекисного окисления ли-
ORIGINAL STUDY ARTICLES
Vol. 31 (2) 2023
I. P. Pavlov Russian Medical Biological Herald
пидов у крыс с посттравматическим остеоартрозом // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2021. Т. 172, № 8. С. 248-252. doi: 10.47056/0365-9615-2021-172-8-248-252
16. Мартусевич А.А., Перетягин С.П., Мартусевич А.К. Молекулярные и клеточные механизмы действия синглетного кислорода на биосистемы // Современные технологии в медицине. 2012. № 2. С. 128-134.
17. Yusupov M., Van der Paai J., Neyts E.C., et al. Synergistic effect of
electric field and lipid oxidation on the permeability of cell membranes // Biochimica et Biophysica Acta. General Subject. 2017. Vol. 1861, No. 4. P. 839-847. doi: 10.1016/j.bbagen.2017.01.030 18. Захватов А.Н., Беляев А.Н., Аткина Н.А. Коррекция нарушений процессов свободно-радикального окисления и метаболизма коллагена суставного хряща при экспериментальной травме коленного сустава // Кафедра травматологии и ортопедии. 2016. № 3 (19). С. 45-49.
REFERENCES
1. Goiovach IYu, Yehudina YeD. Posttraumatic osteoarthritis: contemporary views of development, progression and therapeutic approaches. Polytrauma. 2019;(1):82-9. (In Russ).
2. Zakhvatov AN, Tarasova TV, Avanesov AM, et ai. Correction of metabolic disorders of coiiagen in arthritis of posttraumatic genesis. The Journal of Scientific Articles «Health & Education Millennium». 2018;20(12):193-7. (In Russ).
3. Rees MD, Hawkins CL, Davies MJ, et ai. Hypochlorite and superoxide radicals can act synergisticaiiy to induce fragmentation of hyaiuronan and chondroitin suifates. Biochem J. 2004;381(Pt1):175-84. doi: 10.1042/BJ20040148
4. Siesarenko NA, Shirokova EO. Reparative osseo and chondrogenez in the conditions of induced osteoarthrosis in iaboratory animais. Russian Veterinary Journal. Small Domestic and Wild Animals. 2012;(1):6-8. (In Russ).
5. Shcheikunova EI, Voropaeva AA, Rusova TV, et ai. The appiication of experimentai modeiing to the study of the osteoarthrosis pathogenesis (review). SibirskijNauchnyjMedicinskijZhurnal. 2019;39(2):27-39. (In Russ). doi: 10.15372/SSMJ20190203
6. Tawonsawatrik T, Stiwatananukuikit O, Himakhun W, et ai. Comparison of pain behavior and osteoarthritis progression between anterior cruciate iigament transection and osteochondrai injury in rat modei. Bone Joint Res. 2018;7(3):244-251. doi: 10.1302/2046-3758.73.BJR-2017-0121.R2
7. Dedukh NV. Aggrekan. Boi'. Sustavy. Pozvonochnik. 2012;(4):26-8. (In Russ).
8. Kapuier O, Gaieeva A, Seiskaya B, et ai. Hyaiuronan: properties and bioiogicai roie. Vrach. 2015;(2):25-7. (In Russ).
9. Shimura Y, Kurosawa H, Kaneko H, et ai. Serum hyaiuronan ieveis are associated with disabiiity for activity of daiiy iiving in patients with knee osteoarthritis regardiess of the radiographic severity of the disease. Osteoarthritis and Cartilage. 2018;26(Suppi 1 ):S354—5. doi: 10.1016/j.joca.2018.02.702
10. Kabaiyk MA. Biomarkers of subchondrai bone remodeiing in osteoarthritis. Pacific Medical Journal. 2017;( 1 ):36—41. (In Russ). doi:
10.17238/PmJ1609-1 175.2017.1.37-41
11. Verbovoy AF, Tsanava IA, Mitroshina EV, et ai. Osteoprotegerin is a new marker of cardiovascular diseases. Therapeutic Archive. 2017;(4):91-4. (In Russ). doi: 10.17116/terarkh201789491-94
12. Kargina IG. Complex osteoprotegerin-caicitonini in the system of osteogenesis in rickets. Modern Problems of Science and Education. 2019;(5): 103. Available at: https://science-education.ru/ru/articie/ view?id=29214. Accessed: 2023 January 13. (In Russ).
13. Kariovich NV. Fibroblast growth factor 23 (FGF 23) is a novel hormone, regulating minerai homeostasis. Lechebnoe Delo. 2017;(4):61-7. (In Russ).
14. Grebennikova TA, Beiaya ZhE, Rozhinskaya LYa, et ai. The canonicai Wnt/ß-catenin pathway: From the history of its discovery to ciinicai appiication. Therapeutic Archive. 2016;88(10):74—81. (In Russ). doi: 10.17116/terarkh201688674-81
15. Zubavienko RA, Beiova SV, Giadkova EV, et ai. Morphoiogicai changes in articuiar cartiiage and free-radicai iipid peroxidation in rats with posttraumatic osteoarthrosis. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2021;172(8):248-52. (In Russ). doi: 10.47056/0365-9615-2021172-8-248-252
16. Martusevich AA, Peretyagin SP, Martusevich AK, et ai. Moiecuiar and ceii mechanisms of singiet oxygen effect on biosystems. Modern Technologies in Medicine. 2012;(2):128-34. (In Russ).
17. Yusupov M, Van der Paai J, Neyts EC, et ai. Synergistic effect of eiectric fieid and iipid oxidation on the permeabiiity of ceii membranes. Biochim Biophys Acta Gen Subj. 2017; 1861 (4):839-47. doi: 10.1016/j. bbagen.2017.01.030
18. Zachvatov AN, Beiyaev AN, Atkina NA. Correction processes of free radicai oxidation and metaboiism of coiiagen of articuiar cartiiage in experimentai knee joint injury. The Department of Traumatology and Orthopedics. 2016;(3):45-9. (In Russ).
ОБ АВТОРАХ
Белова Светлана Вячеславовна, д.б.н.; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1593-0724; eLibrary SPIN: 1968-3732; e-mail: sarniito_bsv@mail.ru
Зубавленко Роман Андреевич;
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8225-1 150; eLibrary SPIN: 2459-8660; e-mail: 79030230027@yandex.ru
Гладкова Екатерина Вячеславовна, к.б.н.;
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6207-2275;
eLibrary SPIN: 3837-3244; e-mail: gladkowa.katya@yandex.ru
Бабушкина Ирина Владимировна, к.б.н.; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6740-1050; eLibrary SPIN: 8777-6795; e-mail: 10051968@mail.ru
*Ульянов Владимир Юрьевич, д.м.н., доцент; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9466-8348; eLibrary SPIN: 8280-3339; e-mail: v.u.ulyanov@gmail.com
* Автор, ответственный за переписку / Corresponding author
AUTHOR'S INFO
Svetlana V. Belova, Dr. Sci. (Bioi.);
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1593-0724;
eLibrary SPIN: 1968-3732; e-maii: sarniito_bsv@maii.ru
Roman A. Zubavlenko;
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8225-1 150; eLibrary SPIN: 2459-8660; e-maii: 79030230027@yandex.ru
Ekaterina V. Gladkova, Cand. Sci. (Bioi.);
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6207-2275;
eLibrary SPIN: 3837-3244; e-maii: giadkowa.katya@yandex.ru
Irina V. Babushkina, Cand. Sci. (Bioi.); ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6740-1050; eLibrary SPIN: 8777-6795; e-maii: 10051968@maii.ru
*Vladimir Yu. Ul'yanov, MD, Dr. Sci. (Med.), Associate Professor; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9466-8348; eLibrary SPIN: 8280-3339; e-maii: v.u.uiyanov@gmaii.com
