CC BY
17
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2022 - Vol. 29, № 3 - P. 71-77
УДК: 616-085: 616.72 - 003.8: 591.2 DOI: 10.24412/1609-2163-2022-3-71-77 EDN JVUWVT
ВЛИЯНИЕ ФАРМАКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА РАЗВИТИЕ ПОСТТРАВМАТИЧЕСКОГО
ОСТЕОАРТРОЗА
Р.А. ЗУБАВЛЕНКО, С.В. БЕЛОВА, А.П. ДАВЫДОВ, В.Ю. УЛЬЯНОВ
НИИТОН ФГБОУ ВО Саратовского государственного медицинского университета им. В.И. Разумовского Минздрава России, ул. им Н.Г. Чернышевского, д. 148, г. Саратов, 410002, Россия, e-mail: 79030230027@yandex.ru
Аннотация. Величина общей воспалительной реакции, интенсивность локального синовита и степень разрушения хряща при посттравматическом остеоартрозе могут варьироваться, независимо друг от друга. Системный ответ начинается в течение нескольких дней после травмы, приводя к более высоким, чем обычно, уровням воспалительных и повреждающих биомаркеров крови, изменяясь под влиянием различных фармако-биологических препаратов. Цель исследования - оценить влияние фар-мако-биологических препаратов на механизмы патогенеза посттравматического остеоартроза, основываясь на изменении концентрации биомаркеров сыворотки крови лабораторных животных. Материалы и методы исследования. Эксперимент был выполнен на белых половозрелых беспородных крысах. Интенсивность перекисного окисления липидов оценивали по уровню накопления в сыворотке крови животных гидроперекисей липидов, об активности антиоксидантной системы - по тиоловому статусу. Для оценки синтетической активности остеобластов определяли содержание остеокальцина и показателя метаболизма суставного хряща гиалуронана. Результаты и их обсуждение. Избыточная прооксидантная активность, вызванная интенсификацией образования активных форм кислорода и сопровождающаяся снижением активности антиоксидантной защиты у животных, была компенсирована препаратом Мексидол. Препарат Бетаметазон показал себя положительно в начале эксперимента, оказывая умеренное антиоксидантное и противовоспалительное действие, тем самым сдерживая деградацию хрящевой и костной тканей. Плазма, обогащенная тромбоцитами, позволила значительно улучшить характеристики хрящевой ткани при посттравматическом остеоартрозе, ускоряя пролиферацию мезенхимальных стволовых клеток и способствуя в дальнейшем их хондрогенной дифференцировке с выраженным антиоксидантным эффектом. Заключение. Избыточная прооксидантная активность, была компенсирована препаратом Мексидол, однако, в течение всего эксперимента, изменения биомаркеров деградации тканей свидетельствовали о прогрессировании посттравматического остеоартроза. Применение препарата Бетаметазона оказывает антиоксидантное и противовоспалительное действие в случае точного расчета терапевтической дозы и частоты инъекций, при высоких дозах выявлен хондротоксичный эффект. Использование плазмы, обогащенной тромбоцитами, стало методом выбора и позволило улучшить показатели регенерации тканей, оказывая положительное действие на все звенья патогенеза.
Ключевые слова: лечение, травма, остеоартроз, лабораторные животные, биомаркеры.
IMPACT OF PHARMACOBIOLOGICAL SUBSTANCES ON POSTTRAUMATIC OSTEOARTHROSIS PROGRESSION
R.A. ZUBAVLENKO, S.V. BELOVA, A.P. DAVYDOV, V.YU. ULYANOV
Scientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education 'V.I. Razumovsky Saratov State Medical University' of the Russian Federation Ministry of Healthcare, 148, N.G. Chernyshevskogo Str., Saratov, 410002, Russia, e-mail: 79030230027@yandex.ru
Abstract. The severity of general inflammatory response, the intensity of local synovitis, and the degree of cartilage destruction in post-traumatic osteoarthrosis can vary independently. The systemic response begins within days of injury and leads to higher levels of inflammatory and damaging blood biomarkers altered by various pharmacobiological agents. The research purpose was to assess the effect of pharmaco-biological substances on the pathogenesis mechanisms of post-traumatic osteoarthrosis, based on changes in serum concentrations of biomarkers in the blood of laboratory animals. Material and research methods. The experiment involved mature white outbred rats. The intensity of lipid peroxidation was assessed by the serum level of accumulated lipid hydroperoxides, and the antioxidant system activity was assessed by thiol status. The contents of osteocalcin and articular cartilage metabolism marker hyaluronan were determined to assess osteoblasts synthetic activity. Results and its discussion. Excessive prooxidant activity caused by the intensification of reactive oxygen intermediates formation and accompanied by a decrease in antioxidant defense activity in animals, was compensated by Mexidol. Betamethasone proved to be positive at the beginning of the experiment having a moderate antioxidant and anti-inflammatory effect, and thereby inhibiting the degradation of cartilage and bone tissues. Platelet-rich plasma allowed to significantly improve cartilage tissue characteristics in post-traumatic osteoarthrosis as it accelerated the proliferation of mesenchymal stem cells and further promoting their chondrogenic differentiation with a pronounced antioxidant effect. Conclusion. The excessive prooxidant activity was compensated by Mexidol, however throughout the entire experiment the changes in tissue degradation biomarkers indicated the progression of post-traumatic osteoarthrosis. Betamethasone has an antioxidant and anti-inflammatory effect should the therapeutic dose and frequency of injections be calculated carefully as higher doses provide a chondrotoxic effect. Platelet-rich plasma was the method of choice as it improved tissue regeneration rates and had a positive effect on all pathogenesis links.
Keywords: treatment, trauma, osteoarthrosis, laboratory animals, biomarkers.
Актуальность. Отличительным признаком посттравматического остеоартроза (ПТОА) является прогрессирующая дегенерация суставного хряща, образование остеофитов и последующее сужение суставной щели. Экспериментальные и клинические наблюдения показывают, что структурная целостность суставного хряща зависит от нормального субхондрального обмена кости, функции интактных хондроцитов и обычных биомеханических нагрузок [2].
Травматическое повреждение любой из структур сустава запускает каскад фаз развития ПТОА. Ранняя фаза характеризуется апоптозом и воспалением, что сопровождается повышением уровня в сыворотке крови каспаз, провоспалительных цитокинов (Д.-1 и Д.-6), оксида азота, активных форм кислорода, основного фактора роста фибробластов, матриксных ме-таллопротеиназ, аггреканов и высвобождения фрагментов матрикса. Одним из последствий гиперпродукции провоспалительных цитокинов является усугубление нарушений углеводного обмена вследствие инсулинорезистентности, что иллюстрирует связь послеоперационного иммунного ответа и метаболических изменений.
Инсулинорезистентность является ключевым звеном в возникновении посттравматических нарушений углеводного обмена и связанных с этих осложнений. Первичное возникновение посттравматической инсулинорезистентности принято считать следствием комплекса нейроэндокринных изменений, характеризующих ответ на травму, при этом гипергликемия приводит к избыточному поступлению глюкозы в митохондрии, что, в свою очередь, блокирует гликолитические реакции и реакции цикла Кребса. Далее развивается промежуточная фаза, возникающая при избытке глюкозы. Парадоксальный энергодефицит приводит к усилению продукции провоспалительных цитокинов, имеющей своей целью усиление катаболизма и мобилизацию энергетических субстратов. Завершающая поздняя фаза характеризуется ограниченным восстановлением, процессами ремоделирования с образованием матрикса (активация анаболических факторов роста) [2,17]. Основные патологические процессы, приводящие к разрушению хряща, происходят в хондроцитах - чрезмерное местное высвобождение протеолитических ферментов (металлопротеиназ, разрушающих матрикс) и прогрессивное замедление репарации хряща, которые приводят к дисбалансу между синтезом и деградацией внеклеточного матрикса. Кроме того, на хон-дральном уровне синтезируется широкий спектр биоактивных молекул: провоспалительных цитокинов Д.-1, -8, -17, -18 и TNF-a, свободных радикалов (NO), фактор роста (TGF-P), липидных медиаторов (простагландин Е2, лейкотриен Ж) [2].
После травмы передней крестообразной связки у крыс, которая является известным фактором риска
развития посттравматического остеоартроза, сино-виоциты, хондроциты и клетки других внутрисуставных тканей начинают активно продуцировать биомаркеры в сыворотку крови. Исследование биомаркеров сыворотки крови во время действия антиоксидантов, глюкортикостероидов и плазмы, обогащенной тромбоцитами (ОТП), позволяет выявить как их положительное, так и негативное действие на развитие посттравматического остеоартроза. Подавление окислительного стресса, продуцирующего активные формы кислорода, которые играют ключевую роль в развитии ПТОА, является первостепенной задачей антиокси-дантов [12]. Глюкокортикостероиды, подавляя активность провоспалительных цитокинов, включая интер-лейкин 1-в и IFN-a, снижают интенсивность локального воспаления [8,9]. Использование ОТП, представляющей собой концентрат тромбоцитов, постепенно высвобождает аутологичные факторы роста и оказывает более сильное и устойчивое влияние на пролиферацию и дифференцировку остеобластов [7].
Таким образом, ценным инструментом для оценки развития и лечения посттравматического остеоартроза являются легкодоступные сывороточные маркеры, на анализе которых и была построена наша работа.
Цель исследования - оценить влияние фар-мако-биологических препаратов на механизмы патогенеза посттравматического остеоартроза, основываясь на изменении концентрации биомаркеров сыворотки крови лабораторных животных.
Материалы и методы исследования. Эксперимент был выполнен на белых половозрелых беспородных 156 крысах самцах массой 310±30 г, полученных из вивария ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России. Эксперименты на животных выполняли в соответствии с приказом Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977 г. «О мерах по дальнейшему совершенствованию организационных форм работы с использованием экспериментальных животных»; Федеральным законом «О защите животных от жестокого обращения» от 01.12.1999 г.; Женевской конвенцией «Internetional Guiding Principals for Biomedical Involving Animals» (Geneva, 1990) и Хельсинской декларацией о гуманном отношении к животным, а также рекомендациями Комитета по этике ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России (протокол заседания №1 от 05.02.2019 г.).
Лабораторные животные были разделены на 5 групп: группа контроля (10 интактных крыс), группа сравнения (модель ПТОА без лечения, 56 крыс), опытные группы: № 1 (модель ПТОА с внутрисуставным введением препарата Мексидол, 30 крыс), № 2 (модель ПТОА с внутрисуставным введением препарата Бета-метазон, 30 крыс), № 3 (модель ПТОА с внутрисуставным введением ОТП, 30 крыс).
Все манипуляции проводили под общей анестезией с применением препаратов Золетил-100 («Virbac Sante Animale», Франция) и Ксилазин («Interchemie», Нидерланды). Формирование модели ПТОА проводили хирургическим путем на заднем правом сгиба-тельном (коленном) суставе пересечением передней крестообразной связки в межмыщелковом пространстве с повреждением хряща и субхондральной кости остриём скальпеля (создавали насечки на нагружаемой суставной поверхности бедренной кости).
Крысам проводили хирургическое вмешательство с последующей внутрисуставной инъекцией различных препаратов в оперированное колено с помощью инсулинового шприца трижды через одну неделю после операции. В конце процедуры коленный сустав крысы несколько раз сгибали и разгибали для лучшего распространения введенного раствора по полости сустава [6].
Для внутрисуставного введения использовали различные фармако-биологические препараты: «Мексидол» (ООО «НПК «Фармасофт», Россия) [4]; «Бетаметазон» (ООО «МСД Фармасьютикалс», Россия) [3]; ОТП получали по методу Мessora [11].
Кровь для поведения лабораторных тестов получали интракардиально под наркозом в объеме 10 мл.
Интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) проводили колориметрическим методом, оценивая уровень накопления гидроперекисей липидов (ГПЛ) в сыворотке крови животных с использованием набора Lipid Hydroperoxide «Assey Kit» (Cayman Chemical, США), об активности антиоксидантной системы (АОС) судили по тиоловому статусу с помощью набора «Thiol-Status» (Immundiagnostic AG, Германия). С целью оценки синтетической активности остеобластов в сыворотке крови животных методом иммуно-ферментного анализа (ИФА) на аппарате «Anthos 2020» (Biochrom Ltd., Великобритания) проводили определение содержания остеокальцина (ОК) (Rat-Mid Osteocalcin EIA). О метаболизме суставного хряща судили по изменению содержания гиалуронана (ГН) в сыворотке крови, используя наборы реактивов «Quantikine® ELISA Hyaluronan Immunoassay» (R&D Systems, Inc., США).
Полученные результаты были статистически обработаны с использованием программы Statistica 10.0. Учитывая тот факт, что распределение переменных отличалось от нормального, полученные данные проанализировали с использованием непараметрического ^-критерия Манна-Уитни с представлением результатов в виде медианы и межквартильного размаха 25 и 75 процентилей. Уровень критической значимости р принимали <0,05.
Результаты и их обсуждение. В настоящее время общепризнанно, что в развитии ПТОА важную роль играют процессы ПОЛ и АОС. Формирующаяся патология является, в значительной степени, результатом оксидантного стресса и снижения защитной
функции АОС [15], а ускорение процессов ПОЛ - одной из причин дестабилизации мембран и развития патологии [2]. На первой стадии процесса образуются диеновые конъюгаты жирных кислот (ДК ЖК). Из образовавшихся ДК ЖК при дальнейшем воздействии на них гидроксильных радикалов образуются ГПЛ. Проведенное на 7-е сутки исследование сыворотки крови животных после моделирования ПТОА группы сравнения показало значимое повышение содержания ГПЛ до 7,55 нмоль/л по сравнению с группой контроля. Продукты ПОЛ достоверно возрастали на 14-е сутки по сравнению с группой контроля, и достигали 8,4 нмоль/л, возможно, тем самым вызывая конфор-мационные изменения в фосфолипидах и фосфоли-пидном комплексе, что приводит к нарушению функций органоидов клеток структур суставов. На 21-е и 28 -е сутки эксперимента отмечали постепенное достоверное снижение показателей ГПЛ по сравнению с группой контроля. Оценивая сывороточные показатели ГПЛ опытной группы № 1 в различные сроки эксперимента после введения антиоксиданта «Мексидол», отмечали постепенное снижение уровня ГПЛ. К 28-м суткам эксперимента он составил 7,35 нмоль/л против 7,65 нмоль/л группы сравнения в соответствующие сроки. Анализ изменений ГПЛ под действием глюкокортикостероида «Бетаметазон» опытной группы № 2, показал постепенное снижение уровня ГПЛ; к 28-м суткам эксперимента он составил 7,3 нмоль/л по сравнению с группой сравнения соответствующего срока. При введении ОТП отмечали незначительное снижение ГПЛ на 14-е и 21-е сутки эксперимента, а к 28-м суткам снижение уже составило 7,45 нмоль/л по сравнению с группой сравнения соответствующего срока (табл.). Таким образом, процессам ПОЛ принадлежит существенная роль в регуляции метаболизма мембранных липидов, изменении физико-химических свойств и проницаемости биологических мембран в физиологических условиях.
Окислительный стресс, возникающий в результате смещения баланса между активными формами кислорода (АФК) и системой антиоксидантной защиты в сторону АФК, играет важную роль в патогенезе ПТОА. Тиолы, включающие сульфгидрильную группу, составляют одну из систем защиты от неблагоприятного воздействия АФК, и являются основной мишенью АФК, окисляясь молекулами окислителей с образованием обратимых дисульфидных мостиков. Окислительно-восстановительные реакции между тиоловыми и дисульфидными структурами имеют решающее значение для поддержания динамического тиолового/дисульфидного баланса. Учитывая важность этого баланса в физиологических процессах в организме, включая апоптоз и механизмы антиок-сидантной защиты, а также в стабилизации белковых структур, нами был рассмотрен показатель tus. В результате на 7-е сутки эксперимента у животных с моделью посттравматического остеоартроза
10иККЛЬ ОБ ЖШ МЕБТСЛЬ ТЕСЫК0ШЫЕ8 - 2022 - Уо1. 29, № 3 - Р. 71-77
Таблица
Динамика содержания биомаркеров сыворотки крови экспериментальных животных с посттравматическим остеоартрозом на фоне внутрисуставного действия фармако-биологических препаратов
Показатель Группа контроля Группа сравнения Группа сравнения Опытная группа №1 Опытная группа №2 Опытная группа №3
и=10 7 сутки п=14 14 сутки п=14 14 сутки и=10 14 сутки и=10 14 сутки и=10
ГПЛ (нмоль) 6,3 (5,7; 7,3) 7,55 (6,9; 9,7) *р=0,03 8,4 (7,4; 8,7) *р=0,04 р1=0,38 7,65 (7,1; 8,4) р=0,20 р1=0,88 р2=0,20 7,9 (7,1; 8,6) р=0,064 р1=0,83 р2=0,29 8,1 (7,5; 8,5) *р=0,01 р1=0,44 р2=0,83
(мкмоль/л) 112,6 (102,9; 118,6) 90,35 (85,2; 92,8) *р=0,0002 91,65 (82,2; 95,3) *р=0,00007 р1=0,78 90,6 (85,7; 92,8) *р=0,0002 р1=0,8 р2=0,81 90,6 (85,7;92,1) *р=0,0002 р1=0,81 р2=0,83 88,7 (86,2; 92,1) *р=0,0002 р1=0,7 р2=0,57
ОК (нг/мл) 189,8 (154,9; 208,5) 209,1 (180,9; 241,6) р=0,08 218,9 (188,3; 241,6) *р=0,01 р1=0,47 193,75 (185,8; 195,9) р=0,65 р1=0,34 р2=0,08 214,95 (210,6; 220,3) *р=0,008 р1=0,9 р2=0,48 190,4 (184,6; 196,8) р=0,93 р1=0,24 *р2=0,04
ГН (нг/мл) 62,6 (58,2; 66,2) 104,75 (98,1; 118,5) *р=0,00004 105,35 (98,4; 109,5) *р=0,00002 р1=0,92 106,4 (98,4; 108,2) *р=0,00015 р1=0,95 р2=0,76 112,5 (103,4; 118,2) *р=0,0002 р1=0,42 р2=0,084 100,95 (98,7; 105,9) *р=0,0002 р1=0,42 р2=0,178
Группа сравнения Опытная группа №1 Опытная группа №2 Опытная группа №3 Группа сравнения Опытная группа №1 Опытная группа №2
21 сутки п=14 21 сутки и=10 21 сутки и=10 21 сутки и=10 28 сутки п=14 28 сутки и=10 28 сутки и=10
8,3 (7,4; 9,2) *р=0,009 *р1=0,03 7,6 (7,3; 8,2) *р=0,05 р1=0,86 р2=0,16 7,6 (7,2; 8,3) р=0,064 р1=0,9 р2=0,25 8,25 (7,6; 8,6) *р=0,01 р1=0,39 р2=1 7,65 (7,3; 8,2) *р=0,04 р1=0,8 7,35 (6,6; 7,4) р=0,16 р1=0,18 р2=0,08 7,3 (7,2; 8,1) р=0,11 р1=0,57 р2=0,36
92,15 (86,2; 97,3) *р=0,00009 р1=0,5 92,2 (89,3; 92,7) р=0,0006 р1=0,2 р2=0,76 92,1 (86,8; 92,7) *р=0,0002 р1=0,53 р2=0,7 87,75 (85,7; 92,1) *р=0,0003 р1=0,72 р2=0,21 90,75 (78,3; 105,8) *р=0,01 р1=0,85 94,65 (92,6; 102,1) *р=0,001 *р1=0,04 р2=0,29 86,55 (84,1; 89,5) *р=0,0002 р1=0,29 р2=0,44
217,15 (189,9; 231,6) *р=0,01 р1=0,69 192,3 (185,9; 196,3) р=0,71 р1=0,36 *р2=0,05 212,8 (204,5; 220,3) *р=0,01 р1=0,9 р2=0,48 188,5 (178,2; 193,5) р=0,87 р1=0,12 *р2=0,02 209,1 (178,2; 241,6) р=0,12 р1=0,89 193,65 (185,8; 195,9) р=0,76 р1=0,34 р2=0,34 214,65 (212,6; 220,6) *р=0,006 р1=0,9 р2=0,9
104,85 (97,1; 110,4) *р=0,00004 р1=0,73 100,25 (96,4; 106,5) *р=0,0001 р1=0,36 р2=0,37 103,5 (102,4; 114,1) *р=0,0002 р1=0,83 р2=0,93 96,75 (94,6; 98,4) *р=0,0002 *р1=0,035 *р2=0,01 102,55 (91,4; 117,2) *р=0,00004 р1=0,61 107,75 (98,4; 108,4) р=0,00015 р1=0,95 р2=0,93 113,6 (105,3; 116,2) *р=0,0002 р1=0,41 р2=0,23
Примечание: р - достоверность отличий к данным группы контроля (р<0.05); р1 - достоверность отличий к данным группы сравнения на 7 сутки (р<0.05); р2 - достоверность отличий к данным группы сравнения
на соответствующий срок (р<0.05). Комментарий: в таблице отражены показатели биомаркеров сыворотки крови, полученные в результате эксперимента длительностью 28 суток. В первые сутки из эксперимента было выведено 10 крыс - сформирована контрольная группа и произведено моделирование посттравматического остеоартроза у остальных животных. На 7-е сутки из эксперимента выведены 14 крыс с
моделью посттравматического остеоартроза - группа сравнения, сформированы 3 опытные группы (внутрисуставно введены различные препараты). На 14-е сутки из эксперимента выведены 14 крыс с моделью посттравматического остеоартроза - группа сравнения, 10 крыс - опытная группа № 1, 10 крыс -опытная группа № 2, 10 крыс - опытная группа № 3 (внутрисуставно введены препараты оставшимся животным опытных групп). На 21-е сутки из эксперимента выведены 14 крыс - группа сравнения, 10 крыс -опытная группа № 1, 10 крыс - опытная группа № 2, 10 крыс - опытная группа № 3 (внутрисуставно введены препараты оставшимся животным опытных групп). На 28-е сутки из эксперимента выведены 14 крыс - группа сравнения, 10 крыс - опытная группа № 1, 10 крыс - опытная группа № 2, 10 крыс - опытная группа № 3
выявлено значимое снижение показателей Thюl-sta-Ш по сравнению с группой контроля - 90,35 мкмоль/л. Выявленное значимое снижение по сравнению с группой контроля сохранялось в течение всего эксперимента без существенной динамики. Оценивая показатели опытной группы № 1 после введения анти-оксиданта «Мексидол», активность антиоксидантной системы умеренно возрастали к 28-ым суткам эксперимента. Отмечено значимое повышение Thiol-status до 94,65 мкмоль/л по сравнению с группой контроля и группой сравнения на 7-е сутки эксперимента. Под действием «Бетаметазона» в опытной группе № 2 активность антиоксидантной системы показала себя несостоятельной, и к 28-м суткам эксперимента было выявлено значимое снижение показателей Thюl-sta-Ш до 86,55 мкмоль/л по сравнению с группой контроля (табл.).
В субхондральной кости при ПТОА выделяют два типа клеточных структур: остеобласты и остеоб-ластоподобные клетки. Второй тип клеток, в отличие от нормальных, не может формировать полноценный костный матрикс, который способен вырабатывать большое количество остеокальцина и костного изофермента - щелочной фосфатазы. В нашем эксперименте в результате негативных изменений в ремо-делировании субхондраль-ной кости на 7-е сутки в группе сравнения выявлено повышение показателей ОК до 209,1 нг/мл по сравнению с группой контроля. Далее в этой же группе про-
слеживали достоверное повышение ОК на 14-е сутки до 218,9 нг/мл по сравнению с группой контроля, а к 28-м суткам эксперимента показатель ОК снизился до уровня 7-ых суток и составил 209,1 нг/мл. Оценивая показатели ОК опытной группы № 1 в различные сроки эксперимента после введения антиоксиданта «Мексидол», явных изменений выявлено не было. Анализ изменений ОК под действием глюкокортико-стероида «Бетаметазон» в опытной группе № 2 после трехкратного внутрисуставного введения с интервалом в 1 неделю показал в течении всего периода значимое повышение показателя по сравнению с группой контроля и на 28-е сутки эксперимента, который составил 214,65 нг/мл, что, возможно, связано с пагубным действием многократных гормональных инъекций на субхондральную костную ткань. При введении ОТП отмечали снижение показателя ОК в течение всего эксперимента, которое к 28-м суткам достигло 184,4 нг/мл по сравнению с группой сравнения, что, возможно, связано с запуском каскада процессов регенерации костной ткани (табл.).
ГН в основном продуцируется фибробластами и другими специализированными клетками соединительной ткани. Он играет структурную роль в соединительнотканном матриксе и участвует в различных межклеточных взаимодействиях. ГН присутствует в высокой концентрации в синовиальной жидкости и отвечает за нормальное сохранение воды сустава. Через лимфатическую систему ГН синовиальной жидкости может переходить в плазму [13]. На 7-е сутки после моделирования ПТОА выявлено значимое повышение ГН по сравнению с группой контроля, которое составило 104,75 нг/мл, что подтверждает наличие деструкции хрящевой ткани на ранних сроках после травмы. Далее в этой же группе прослеживался достоверно повышенный уровень ГН до конца эксперимента по сравнению с группой контроля, что доказывает неспособность хряща самостоятельно восстанавливаться. Оценивая уровень ГН сыворотки крови животных опытной группы № 1, выраженных изменений выявлено не было, что, возможно, связано с неспособностью препарата «Мексидол» стимулировать регенерацию хрящевой ткани. Анализ изменений ГН под действием глюкокортикостероида «Бетаметазон» в течение всего эксперимента показал значимое повышение уровня ГН до 113,6 нг/мл на 28-е сутки по сравнению с группой контроля, что превысило показатель ГН группы сравнения в тот же срок на 9,7%. При введении ОТП содержание ГН в сыворотки крови значимо повышено во все сроки по сравнению с группой контроля, однако прослеживается положительная динамика в виде снижения ГН с 100,95 нг/мл на 14-е сутки эксперимента до 94,5 нг/мл на 28-е сутки, тем самым выявлено, что продукты формирования плазменного сгустка и тромбоцитар-ный фактор роста обеспечивают процессы регенерации хрящевой ткани (табл.).
Основной причиной развития ПТОА является разрыв передней крестообразной связки, которая, в свою очередь, отвечает за стабилизацию коленного сустава, поэтому мы использовали экспериментальную хирургическую модель с пересечением крестообразной связки в межмыщелковом пространстве у крыс. Нестабильность в суставе приводила к постоянно рецидивирующему воспалению, что подтверждено клинически (отеком и повышением локальной температуры сустава), и запуску каскада развития ПТОА; данный способ моделирования подробно описала Е.И. Щелкунова и соавт., 2019 г. [5]. Воспаление структур сустава, по данным авторов, играет важную роль в прогрессировании дегенеративных изменений. Для подтверждения формирования модели ПТОА на 7-е сутки после пересечения передней крестообразной связки нами было выявлено повышение ГПЛ и снижение ТЫо—Ш1ж, что служило подтверждением формирования первых признаков напряженности в редокс-буферной системе клеток в условиях избыточного потребления антиоксидантов, направляемых на поддержание восстановительной среды, и снижением уровня как свободных ХН-групп, так и связанных с белками [10]. Оценивая метаболизм хрящевой и субхондральной кости, выявлено значимое повышение ГН по сравнению с группой контроля, и незначительное повышение ОК, что указывает на выраженную деструкцию хряща с выбросом большой концентрации ГН с синовиальной жидкостью и повышением его уровня в сыворотке крови.
Избыточная прооксидантная активность, вызванная интенсификацией образования активных форм кислорода и сопровождающаяся снижением активности антиоксидантной защиты у животных, была компенсирована препаратом Мексидол, однако в течение всего эксперимента изменения биомаркеров деградации хрящевой и костной тканей, свидетельствовали о прогрессировании ПТОА, что схоже с литературными данными [4].
В контексте ПТОА кортикостероиды подавляют дегенерацию матрикса путем прямого ингибирования усиленных катаболических процессов (таких, как повышенная экспрессия матриксной металлопротеи-назы), и косвенно - через множественные противовоспалительные эффекты, препятствующие феноти-пическим изменениям хондроцитов, вызванным воспалением [14]. Существуют исследования у различных видов животных, подтверждающие хондропротектив-ное действие кортикостероидов в контексте ПТОА как следствие уменьшения структурного повреждения сустава с восстановлением снижения потерь протеогли-кана [16]. В нашем исследовании препарат Бетаметазон показал себя положительно на 14-е и 21-е сутки эксперимента, оказывая умеренно антиоксидантное и противовоспалительное действие, тем самым сдерживая деградацию хрящевой и костной тканей, однако к 28-ым суткам эксперимента мы выявили, что внутри-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2022 - Vol. 29, № 3 - P. 71-77
суставные многократные инъекции глюкокортикосте-роидов оказывают негативное влияние на хрящевую и костную ткань, что подтверждено повышением ГН и ОК. В нормальном здоровом хряще, где ремоделиро-вание матрикса сбалансировано, антианаболические эффекты кортикостероидов могут приводить к хонд-ротоксичности [9].
Проведённое исследование, основанное на данных биомаркеров деградации хрящевой и костной ткани, показало, что внутрисуставное введение ОТП позволяет значительно улучшить характеристики хрящевой ткани при ПТОА. Наши данные соотносятся с результатами исследования P.R. Amable, et al. (2013) [7], которые показали, что ОТП ускоряет пролиферацию мезенхимальных стволовых клеток и в дальнейшем способствует их хондрогенной диффе-ренцировке. Повышение ГПЛ и снижение Thiol-status в нашем эксперименте послужило подтверждением формирования изменений в редокс-буферной системе клеток в условиях избыточного потребления антиоксидантов при внутрисуставном введении ОТП, что позволяет говорить о ее противовоспалительном эффекте, и также соотносится с результатами исследований других авторов [16].
Выводы. Ключевой задачей изучения ПТОА является поиск маркеров ранних стадий заболевания. Вполне предсказуемо, что целью маркирования в дебюте патогенеза остеоартроза становится хрящевая субхондральная костная ткани. Исследования в этой области позволили нам наметить пути терапевтических интервенций.
Избыточная прооксидантная активность, была компенсирована препаратом Мексидол, однако в течение всего эксперимента изменения биомаркеров деградации хрящевой и костной тканей свидетельствовали о прогрессировании ПТОА.
Применение препарата Бетаметазон является эффективным и безопасным в случае точного расчета терапевтической дозы и соблюдения частоты инъекций: частота введения должна быть однократной, т.к. далее прослеживается хондротоксическое действие. Использование плазмы, обогащенной тромбоцитами, позволило улучшить биомеханические показатели регенерации хрящевой и костной тканей.
Информация о финансировании и конфликте интересов. Исследование выполнено в рамках проекта № SSMU-2021-002 «Комплексное исследование патологических механизмов развития патологических процессов в скелетных тканях у животных с экспериментальной моделью посттравматического остеоартроза «ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России». Авторы демонстрируют отсутствие явных и промежуточных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Литература / References
1. Белова С.В., Гладкова Е.В., Зубавленко Р.А., Ульянов В.Ю. Системные проявления первичного остеоартроза коленных суставов у пациентов на ранней стадии его развития // Вестник медицинского
института «Реавиз»: реабилитация, врач и здоровье. 2021. № 2 (50). С. 71-78 / Belova SV, Gladkova EV, Zubavlenko RA, Ulyanov VYu. Sis-temnye proyavleniya pervichnogo osteoartroza kolennykh sustavov u patsientov na ranney stadii ego razvitiya [Systemic manifestations of primary osteoarthritis of the knee joints in patients at an early stage of its development]. Bulletin of the Medical Institute Reaviz: rehabilitation, doctor and health. 2021;2(50);71-8. Russian.
2. Захватов А.Н., Беляев А.Н., Кузнецов С.И., Аткина Н.А. Коррекция нарушений метаболизма суставного хряща и морфологическая оценка эффективности внутрисуставной озонотерапии при экспериментальном постравматическом артрите // Вестник Мордовского Университета. 2016. Т. 23, № 3. С. 359-369 / Zahvatov AN, Belyaev AN, Kuznetsov SI, Atkina NA. Korrektsiya narusheniy metabo-lizma sustavnogo khryashcha i morfologicheskaya otsenka effektivnosti vnutrisustavnoy ozonoterapii pri eksperimental'nom postravmatich-eskom artrite [Correction of metabolic disorders of articular cartilage and morphological assessment of the effectiveness of intra-articular ozone therapy in experimental post-traumatic arthritis]. Bulletin of the Mordovian University. 2016;23(3):359-69. Russian.
3. Нуриахметов А.Н., Ахтямов И.Ф., Цыплаков Д.Э., Абдул-лах А.М., Нуриахметова Т.Ю. Дозозависимое влияние бетаметазона на суставной хрящ (экспериментальное исследование) // Гений ортопедии. 2021. Т. 27, № 1. С. 80-86 / Nuriakhmetov AN, Akhtyamov IF, Tsyplakov DE, Abdullah AM, Nuriakhmetova TY. Dozozavisimoe vliyanie betametazona na sustavnoy khryashch (eksperimental'noe issledovanie) [Dose-dependent effect of betamethasone on articular cartilage (experimental study)]. Genij Ortopedii. 2021;27(1):80-6. Russian.
4. Шутова М.И., Козлов С.А., Захватов А.Н. Применение мекси-дола для коррекции обмена коллагена и морфологических внутрисуставных изменений при травматических повреждениях коленного сустава в эксперименте // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. 2013. №1. Публикация 2-112. URL: http://www.vnmt.ru/Bulletin/E2013-1/4461.pdf (дата обращения: 30.09.2013) / Shutova MI, Kozlov SA, Grabatov AN. Primenenie meksidola dlya korrektsii obmena kollagena i morfologicheskikh vnutrisustavnykh izmeneniy pri travmaticheskikh povrezhdeniyakh kolennogo sustava v eksperimente [The use of mexidol for the correction of collagen metabolism and morphological intra-articular changes in traumatic injuries of the knee joint in an experiment]. New Medical Technologies, e-edition. 2013 [cited 2013 Sep 30];1 [about 6 p.]. Russian. Available from: http://www.vnmt.ru/Bulletin/E2013-1/4461.pdf
5. Щелкунова Е.И., Воропаева А.А., Русова Т.В., Штопис И.С. Применение экспериментального моделирования при изучении патогенеза остеоартроза (обзор литературы) // Сибирский научный медицинский журнал. 2019. Т. 39, № 2. C. 27-39 / Shchelkunova EI, Voro-paeva AA, Rusova TV, Shtopis IC. Primenenie eksperimental'nogo mod-elirovaniya pri izuchenii patogeneza osteoartroza (obzor literatury) [The application of experimental modeling to the study of the osteoarthrosis pathogenesis (review)]. Siberian Scientific Medical Journal. 2019;39(2):27-39. Russian.
6. Almasry S.M., Soliman H.M., El-Tarhouny S.A., Algaidi S.A., Ragab E.M. Platelet rich plasma enhances the immunohistochemical expression of platelet derived growth factor and vascular endothelial growth factor in the synovium of the meniscectomized rat models of osteoarthritis // Ann Anat. 2015. № 197. Р. 38-49 / Almasry SM, Soliman HM, El-Tarhouny SA, Algaidi SA, Ragab EM. Platelet rich plasma enhances the immunohistochemical expression of platelet derived growth factor and vascular endothelial growth factor in the synovium of the meniscecto-mized rat models of osteoarthritis. Ann Anat. 2015;197:38-49.
7. Amable P.R., Carias R.B., Teixeira M.V., da Cruz Pacheco I., Correa do Amaral R.J., Granjeiro J.M., Borojevic R. Platelet-rich plasma preparation for regenerative medicine: optimization and quantification of cytokines and growth factors // Stem Cell Res Ther. 2013. Vol. 4, № 3. Art. no. 67 / Amable PR, Carias RB, Teixeira MV, da Cruz Pacheco I, Correa do Amaral RJ, Granjeiro JM, Borojevic R. Platelet-rich plasma preparation for regenerative medicine: optimization and quantification of cytokines and growth factors. Stem Cell Res Ther. 2013;4(3):67.
8. Grodzinsky A.J., Wang Y., Kakar S., Vrahas M.S., Evans C.H. In-tra-articular dexamethasone to inhibit the development of post-traumatic osteoarthritis // J Orthop Res. 2017. Vol. 35, № 3. Р. 406-411 / Grodzinsky AJ, Wang Y, Kakar S, Vrahas MS, Evans CH. Intra-articular dexamethasone to inhibit the development of post-traumatic osteoarthritis. J Orthop Res. 2017;35(3):406-11.
9. Huebner K.D., Shrive N.G., Frank C.B. Dexamethasone inhibits
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2022 - Vol. 29, № 3 - P. 7l-77
inflammation and cartilage damage in a new model of post-traumatic osteoarthritis // J Orthop Res. 2014. Vol. 32, № 4. P. 566-572 / Huebner KD, Shrive NG, Frank CB. Dexamethasone inhibits inflammation and cartilage damage in a new model of post-traumatic osteoarthritis. J Orthop Res. 2014;32(4):566-72.
10. Lajeunesse D., Massicotte F., Pelletier J.P., Martel-Pelletier J. Subchondral bone sclerosis in osteoarthritis: not just an innocent bystander // Modern Rheumatology. 2003. № 13. P. 7-14 / Lajeunesse D, Massicotte F, Pelletier JP, Martel-Pelletier J. Subchondral bone sclerosis in osteoarthritis: not just an innocent bystander. Modern Rheumatology. 2003;13:7-14.
11. Messora M., Nagata M., Furlaneto F., Dornelles R., Bomfim S., Deliberador T., Garcia V., Bosco A. A standardized research protocol for platelet-rich plasma (PRP) preparation in rats // RSBO. 2011. № 8. P. 299304 / Messora M, Nagata M, Furlaneto F, Dornelles R, Bomfim S, Deliberador T, Garcia V, Bosco A. A standardized research protocol for platelet-rich plasma (PRP) preparation in rats. RSBO. 2011;8:299-304.
12. Rees M.D., Hawkins C.L., Davies M.J. Hypochlorite and superoxide radicals can act synergistically to induce fragmentation of hyalu-ronan and chondroitin sulphates // Biochem J. 2004. Vol. 381, Pt. 1. P. 175-184 / Rees MD, Hawkins CL, Davies MJ. Hypochlorite and superoxide radicals can act synergistically to induce fragmentation of hyalu-ronan and chondroitin sulphates. Biochem J. 2004;381(1):175-84.
13. Shimura Y., Kurosawa H., Kaneko H., Nojiri H., Iwase Y., Kaneko K., Ishijima M. 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. № 26. P. 354-355 / Shimura Y, Kurosawa H, Kaneko H, Nojiri H, Iwase Y, Kaneko K, Ishijima M. 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;26:354-55.
14. Sun F., Zhang Y., Li 0. Therapeutic mechanisms of ibuprofen, prednisone and betamethasone in osteoarthritis // Mol. Med. Rep. 2017. Vol. 15, № 2. P. 981 -987 / Sun F, Zhang Y, Li 0. Therapeutic mechanisms of ibuprofen, prednisone and betamethasone in osteoarthritis. Mol. Med. Rep. 2017;15(2):981-87.
15. Swärd P., Frobell R., Englund M., Ross H., Struglics A. Cartilage and bone markers and inflammatory cytokines are increased in synovial fluid in the acute phase of knee injury (hemarthrosis) a cross-sectional analysis // Osteoarthritis Cartilage. 2012. Vol. 20, № 11. P. 13021308 / Swärd P, Frobell R, Englund M, Ross H, Struglics A. Cartilage and bone markers and inflammatory cytokines are increased in synovial fluid in the acute phase of knee injury (hemarthrosis) a cross-sectional analysis. Osteoarthritis Cartilage. 2012;20(11):1302-08.
16. Wernecke C., Braun H.J., Dragoo J.L. The Effect of Intra-artic-ular Corticosteroids on Articular Cartilage: A Systematic Review // Orthop. J. Sports Med. 2015. Vol. 3, № 5. Art. № 2325 / Wernecke C, Braun HJ, Dragoo JL. The Effect of Intra-articular Corticosteroids on Articular Cartilage: A Systematic Review. Orthop. J. Sports Med; 2015;3(5):2325.
Библиографическая ссылка:
Зубавленко Р.А., Белова С.В., Давыдов А.П., Ульянов В.Ю. Влияние фармако-биологических препаратов на развитие посттравматического остеоартроза // Вестник новых медицинских технологий. 2022. №3. С. 71-77. DOI: 10.24412/1609-2163-2022-3-7177. EDN JVUWVT.
Bibliographic reference:
Zubavlenko RA, Belova SV, Davydov AP, Ulyanov VYu. Vliyanie farmako-biologicheskikh preparatov na razvitie posttravmaticheskogo osteoartroza [Impact of pharmacobiological substances on posttraumatic osteoarthrosis progression]. Journal of New Medical Technologies. 2022;3:71-77. DOI: 10.24412/1609-2163-2022-3-71-77. EDN JVUWVT. Russian.
