Изучение причин и закономерностей развития деструктивно

Казанский медицинский журнал, 2006 г., том 87, № 1
УДК 611. 72 : 616. 72 – 007. 248. 001. 57. 001. 5
CРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТКАНЕЙ
СУСТАВА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ МОДЕЛЯХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО АРТРОЗА
Г.П. Котельников, Ю.В. Ларцев, А.Н. Махова
Кафедра ортопедии (зав. – проф. Г.П. Котельников) Самарского
государственного медицинского университета
Изучение причин и закономерностей
развития деструктивно-дистрофических
заболеваний суставов, выявление механизмов действия различных лечебных
факторов на патологический процесс
являются актуальными проблемами современной артрологии [4, 5, 7]. В их решении важную роль играют экспериментальные исследования с моделированием патологического процесса на суставах животных [3, 6]. Большое значение
имеет соответствие экспериментальной
модели изучаемому патологическому
процессу. От этого в значительной мере
зависят качество и достоверность исследования, приближенность полученных
в эксперименте результатов клиники.
Целью работы являлось изучение
морфофункционального состояния тканей суставов животных с различными
моделями деформирующего артроза в
соответствии с полученной экспериментальной картиной стадий артроза у больного.
Нами проведены экспериментальные
исследования на 56 кроликах породы
шиншилла обоих полов. Выбор животных обусловлен достаточно полными
данными об их анатомии и физиологии,
частым использованием их для изучения репаративной регенерации тканей.
Животные были в возрасте 9–12 месяцев. Масса тела – 2,0–3,5 кг. Содержали
их в одинаковых условиях вивария на
строго идентичной диете.
Для получения экспериментального
артроза мы использовали три способа.
Это было продиктовано необходимостью получения изменений в тканях
сустава животного, наиболее приближенных к картине артроза у больных.
Экспериментальный артроз вызывали у
56 кроликов на 82 суставах. Исследования выполнены на коленном суставе.
В связи с идентичностью структурной
организации тканей, формирующих суставы, полученные результаты могут
быть интерполированы и для других суставов.
Животные были разделены на три
подопытные группы. В первом случае мы
взяли за основу способ, разработанный
Э.Н. Беллендир и Г.Д. Наконечным [1].
По предложенной авторами схеме делают парапателлярный разрез мягких
тканей и вскрывают сустав. Поверхность
хряща обрабатывают тампоном с 5% раствором азотнокислого серебра. Через 2–3
минуты сустав промывают физиологическим раствором. Полость сустава ушивают наглухо. Признаки артроза визуально обычно наблюдают через 3 месяца.
Этот способ в нашей модификации (рационализаторское предложение 472/94)
был применен у 16 кроликов на 22 суставах. В сустав, в верхний заворот, шприцем с одноразовой иглой вводили
0,2–0,3 мл 5% раствора азотнокислого
серебра. Через 2–3 минуты сустав промывали физиологическим раствором через иглу. Иммобилизацию конечности не
применяли. Через 2,5 месяца у животных развивались изменения в суставе
соответствующие артрозу. В этой модификации мы не выполняли оперативного вмешательства, так как оно, на
наш взгляд, усложняет воспроизведение
модели артроза за счет дополнительной
травматизации тканей.
У второй группы животных (18 кроликов, 27 суставов) модель артроза коленного сустава строили по модели деформирующего артроза, разработанного в Российском научно-исследовательском институте травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена [2]. Модель
создавали путем введения в коленный
сустав под надколенник 0,5 мл 10% взвеси хирургического талька на физиологическом растворе. Внешней иммобилизации конечности не применяли. Экспериментальный артроз наблюдали через 2,5 месяца.
У 22 животных (33 сустава) нами
предложен и применен способ моделирования артроза посредством введения
в сустав гормонального препарата и
талька. По нашему мнению, гормональный лекарственный препарат (дексаметазон) ведет к разрушению коллагеновой сети здорового хряща. Введенный
затем тальк служит абразивом и разру3 1
Казанский медицинский журнал, 2006 г., том 87, № 1
шает поверхность хряща (патент
№2237928 от 16.12.2002 г. «Способ моделирования артроза».) Для реализации
этого способа выстригали волосяной
покров коленного сустава кролика и
обрабатывали кожу 5% раствором йода.
Пунктировали коленный сустав и инъекционным шприцем вводили 0,5 мл
дексаметазона (2 мг). Сустав дополнительно не фиксировали. Через сутки,
после повторной обработки кожных
покровов, в сустав тем же способом
вводили взвесь медицинского талька
0,3 мг в 1 мл физиологического раствора. Через 8 недель в коленном суставе
формировался
экспериментальный
артроз, при этом деструктивные изменения выявлялись в хряще достаточно
равномерно. Для гистологического исследования макропрепараты фиксировали в 10% растворе формалина, затем
декальцинировали. Для декальцинации
сустава изготавливали серийные срезы
толщиной 5–7 микрометров. Декальцинацию проводили трилоном Б. Препараты окрашивали гемотоксилиномэозином, а также пикрофуксином.
Изучение структурной организации
тканей, формирующих коленный сустав, показало, что при экспериментальном артрозе наиболее сильно поражался суставной хрящ, однако дистрофические изменения распространялись на
подлежащую кость, соединительную
ткань суставной капсулы, параартикулярные ткани. Макропрепараты с экспериментальным артрозом, вызванным
различными способами, сравнивали с
макропрепаратом коленного сустава
кролика, не подвергавшегося какомулибо воздействию. Для здорового сустава характерны гладкая, блестящая, желтоватого цвета суставная поверхность
хряща и хорошее скольжение между
собой. Кроме того, полость сустава относительно свободна от жировой и соединительной ткани; ее капсула блестящая, розоватого цвета, при вскрытии
обильно кровоточит; мягкие ткани полнокровны.
При моделировании экспериментального артроза выявлено прогрессивное повреждение суставного хряща с
поэтапной дистрофией и гибелью хондроцитов, нарушением организации
хрящевой ткани, репродукцией соединительнотканных клеток и развитием
грубых пучков коллагеновых волокон,
которые постепенно замещали хрящевые клетки и замуровывали сохранившиеся хондроциты. Отмечены низкая
3 2
активность регенерации хондроцитов,
активное развитие в межклеточном веществе коллагеновых волокон, замещающих хрящевые клетки, после которых
деструктивные изменения становились
необратимыми. В некоторых случаях
происходило частичное замещение хрящевой ткани рыхлой соединительной,
в других – имело место истончение суставного хряща с активным развитием
на его месте подлежащей остеоидной
ткани. Параллельно происходили реактивные изменения и в других тканях,
участвующих в формировании сустава:
соединительной ткани суставной капсулы, костной, параартикулярной мышечной и др.
Несмотря на то что реактивные изменения в тканях, формирующих коленный сустав при экспериментальном артрозе, вызванном различными способами, имели общие признаки, при каждой использованной модели наблюдались некоторые особенности морфофункциональных сдвигов в различных тканях. В первой группе животных при экспериментальном артрозе, вызванном
введением 5% раствора азотнокислого
серебра, происходили структурные изменения в гиалиновом хряще, костной
ткани эпифизов подлежащих костей,
суставной капсуле. Прежде всего оценивали внешний вид макропрепарата. Ткани коленного сустава после воздействия
5% раствора азотнокислого серебра значительно отличались от здорового сустава. Имели место помутнение хряща,
узурация суставной поверхности, заполнение сустава соединительной и жировой тканью. Капсула бывает отечной,
белесого цвета, с мутной шероховатой
поверхностью, обращенной в полость
сустава (рис. 1).
В микропрепаратах наиболее глубокие изменения развивались в гиалиновом хряще суставных поверхностей бедренной и большеберцовой костей. Они
проявлялись в отсутствии четкого разграничения слоев суставного хряща, в
развитии в хондроцитах дистрофических изменений, пикноза ядер, в ряде
случаев их лизиса, вакуолизации цитоплазмы, образовании пузырькообразных
клеток. Были поражены клетки всей толщи хряща, но в большей степени – в
поверхностном и промежуточном слоях.
Пространство между клетками было
занято или однородной гомогенной массой, или грубыми пучками набухших
коллагеновых волокон. Последние утратили типичные для слоев гиалинового
Казанский медицинский журнал, 2006 г., том 87, № 1
Рис. 1. Макропрепарат. Деформирующий артроз, вызванный введением 5% раствора азотнокислого серебра.
Рис. 2. Разрозненные группы хондроцитов и
соединительнотканные клетки в гиалиновом хряще бедра при артрозе, вызванном введением 5%
раствора азотнокислого серебра. Окраска по ВанГизону. Об. 20, ок. 10
хряща направления, развивались беспорядочно и зачастую замуровывали сохранившиеся изогенные группы хрящевых клеток. Отмечены распад волокон,
лизис их на отдельных участках. В области погибших хондроцитов развивались соединительнотканные клеточные
элементы (рис. 2).
При экспериментальном артрозе,
вызванном введением раствора азотнокислого серебра, глубоким структурным
изменениям подвергались костная ткань
эпифизов костей, входящих в сустав,
капсула и другие структуры сустава. Наблюдались истончение костных балок и
перекладин губчатой кости, дефекты,
изъязвления. Данные изменения являются признаками развития остеопороза в
костной ткани эпифизов костей, участвующих в формировании сустава. В соединительной ткани суставной капсулы
ворсинки сглажены, в них отмечаются
интенсивная лимфогистиоцитарная инфильтрация, следы бывших кровоизлияний. В соединительной ткани развита
сеть нежных коллагеновых волокон, элементов микроциркуляторного русла.
В наружном слое преобладали грубые
3. "Казанский мед. ж.", № 1.
пучки коллагеновых волокон, жировые
клетки, множественные артерии и вены
крупного калибра с периваскулярными
инфильтратами и небольшими кровоиз лияниями.
Таким образом, при экспериментальном артрозе у кроликов, вызванном
введением в коленный сустав 5% раствора азотнокислого серебра, отмечалось
поражение деструктивно-дистрофическим процессом практически всех тканей сустава. Изменения были достаточно выраженными с участками полного
разрушения, нарушением архитектоники тканей и потерей клеток, замещением их патологически измененными
клетками и рубцом. Полученная экспериментальная модель в большей степени напоминала клиническую картину и
изменения, развивающиеся при поздних
(III и IV) стадиях деформирующего артроза у человека.
При модели экспериментального артроза, вызванного введением взвеси
талька, деструктивные изменения развивались в суставном гиалиновом хряще, суставной капсуле, в параартикулярных тканях. Отмечались деструктивные изменения практически всех тканей. Поверхность суставного хряща была
мутной, синюшной, однако разрушения
были менее выражены, чем в первой
группе. Сильнее реагировали на введение талька мягкие ткани с разрастанием соединительной и жировой в полости сустава. Капсула сустава была мутной, синюшного цвета, рубцово измененной в заворотах; ткани ишемизированы, малокровны (рис. 3).
В микропрепаратах изогенных групп
хондроцитов суставного хряща происходили деструктивные изменения с пикнозом ядер и лизисом цитоплазмы хрящевых клеток, с превращением их в
пузырькообразные структуры. Наблюдались гибель и лизис клеточных элементов. Межклеточные пространства были
различны по величине. На отдельных
участках гиалинового хряща межклеточное вещество было представлено гомогенной однородной массой, лишенной
клеточных элементов, на других – наряду с хрящевыми развивались соединительнотканные клетки (рис. 4). В прилежащих к хрящу участках суставной
капсулы также наблюдались деструктивные изменения с гибелью синовиоцитов, клеточных соединительнотканных
элементов. В наружных слоях суставной
капсулы в соединительной ткани выяв3 3
Казанский медицинский журнал, 2006 г., том 87, № 1
Рис. 3. Макропрепарат. Деформирующий артроз, вызванный введением взвеси талька.
Рис. 5. Макропрепарат. Деформирующий артроз, вызванный введением дексаметазона и взвеси талька.
Рис. 4. Дистрофия хондроцитов изогенных групп
суставного хряща бедренной кости и развитие
коллагеновых волокон при экспериментальном
артрозе, вызванном введением взвеси талька. Окраска по Ван-Гизону. Об.10, ок.10.
Рис.
роцитов
тавного
званном
Окраска
лялись грубые пучки коллагеновых волокон, облитерация просвета, склероз
артерий, очаговая лимфогистиоцитарная инфильтрация. Таким образом, при
экспериментальном артрозе, вызванном
введением взвеси талька, преобладали
признаки гибели клеточных элементов
и межклеточного вещества и замещение
их рубцовой тканью, преимущественно
в хряще и мягких тканях. Изменения
были достаточно выраженными, но в
меньшей степени, чем в первой группе.
Следовательно, эта модель экспериментального артроза соответствует примерно III стадии артроза у больных.
Для макропрепарата коленного сустава кролика с экспериментальным артрозом, вызванным введением дексаметазона и талька, было характерно относительно небольшое поражение тканей.
Суставная поверхность хряща бедренной
и большеберцовой костей была матовой,
синюшного цвета, но глубоких узур мы
не наблюдали. Также в меньшей степени были развиты соединительнотканные
спайки в полости сустава, хотя жировая ткань присутствовала в значительном количестве. Суставная поверхность
капсулы была мутной, бледной, цветом,
мало измененным относительно контроля. Сохранялось хорошее кровенаполнение мягких тканей. Имелись кровоизлияния, рубцовые изменения капсулы
в заворотах (рис. 5).
При экспериментальном артрозе,
вызванном введением дексаметазона и
взвеси талька, структурная организация
суставного гиалинового хряща была полиморфной. Сама суставная поверхность
местами была утолщенной, часто с неровными контурами. Хондроциты в промежуточном и базальном слоях располагались неравномерно. На некоторых
участках клетки отсутствовали и были
замещены гомогенной массой, в которой определялись коллагеновые волокна в состоянии отека. На многих участках суставного хряща хондроциты были
дистрофически изменены (пикноз и
лизис ядер, сморщивание цитоплазмы).
В результате этого хрящевые клетки превращались в пузырькообразные (рис. 6).
В прилежащей костной ткани эпифизов костей выявлялись признаки остеопороза, что проявлялось наличием дефектов и «узуров» в костных трабекулах, истончением балок, расширением
3 4
6. Очаговая гибель изогенных групп хондв промежуточном и базальном слоях сусхряща бедренной кости при артрозе, вывведением дексаметазона и взвеси талька.
гематоксилином-эозином. Об. 10, ок. 10.
Казанский медицинский журнал, 2006 г., том 87, № 1
свободных пространств в губчатой кости.
В суставной капсуле по внутренней поверхности ворсинки были широкими,
нередко сглаженными. Рыхлая соединительная ткань в них пронизывались лимфогистиоцитарными
инфильтратами,
расположенными как диффузно, так и
периваскулярно. В ворсинках развивались
многочисленные капилляры. Определялись расширение и полнокровие венул,
в капиллярах явления стаза, следы кровоизлияний. В расположенных параартикулярно мышечных волокнах выявлялись восковидный некроз, межуточный
отек, фрагментация, лизис мышечных
волокон.
В целом при артрозе, вызванном введением дексаметазона и взвеси талька,
отмечались деструктивные изменения во
всех тканях, формирующих коленный
сустав. Однако, в отличие от моделей,
вызванных введением раствора азотнокислого серебра и взвеси талька, эти
изменения не были столь глубокими.
В суставном гиалиновом хряще деструктивные изменения одних хондроцитов
сопровождались сохранностью других.
Выявлено менее интенсивное, чем при
других моделях, развитие элементов
соединительной ткани. В суставной капсуле, параартикулярной мышечной ткани имели место воспалительные изменения в виде лимфогистиоцитарных
инфильтратов,
микроциркуляторных
расстройств. Изменения в суставе напоминали картину, соответствовавшую
ранним (I и II) стадиям артроза у людей.
Предложенный способ позволил
сформировать экспериментальный артроз более равномерного, мягкого характера и в более короткие сроки. Критерием служили изменения хряща и капсулы сустава, обнаруженные при визуальном осмотре и микроскопическом
исследовании тканей суставов. Способ,
на наш взгляд, достаточно эффективен
и прост. Введение химического вещества
преимущественно в заворот капсулы
вело к развитию воспаления и основных разрушительных изменений именно в завороте сустава. Изменения непосредственно хряща носили вторичный
характер и более напоминали деструктивный процесс в суставе у больных.
Таким образом, проведенное сравнительное морфологическое исследование
тканей суставов с экспериментальным
артрозом, вызванным разными способами, позволило нам получить модели
с изменениями в суставах неодинаковой интенсивности. Те изменения, которые мы обнаружили, имеют место и
в клинике, а то, что экспериментальный артроз вызывался тремя способами, позволило смоделировать состояния, соответствующие различным стадиям деформирующего артроза у больных. И от того, на каком этапе развития
деструктивных изменений находятся
ткани, во многом определяется эффект
воздействия тех или иных лечебных факторов. Изменения в тканях при всех трех
моделях достаточно полно соответствовали картине деформирующего артроза
коленного сустава у людей, и все они
могут быть использованы для моделирования патологического процесса в
эксперименте на животных.
ЛИТ ЕРАТ УРА
1. Беллендир Э.Н., Наконечный Г.Д. // Ортоп.,
травматол. – 1973. – №8. – С.35– 40.
2. Корнилов Н.В., Афиногенов Г.Е., Редько К.Г.
и др. // Российский научно-исследовательский
институт травматологии и ортопедии им. Р.Р.Вредена. – Описание изобретения к заявке: RU
95106870 А1 от 27.01. 97. – Бюлл. №3.
3. Маланин Д.А., Писарев В.Б., Шилов В.Г. и др. //
Гений ортопедии. – 2002. – №1. – С. 90–98.
4. Frenkel S.R., Di Cesare P.E. // Front. Biosci.–
1 99 9.–№4.–Р.6 71 –6 85 .
5. Koch S., Kampen W.U., Laprell H. // Knee Surg.
Sports Traumatol. Arthroscopic.–1997.–Vol.5.–Р.42–45.
6. Liu W., Burton-Wurster N., Glant T.T. et al. // J.
Orthop. Res. – 2003.–Vol.21.– Р..730–737.
7. Walker E.A., Verner A., Flannery C.R., Archer C.W. //
J. Orthoped. Res.– 2000.– Vol.18. –Р.25–34.
Поступила 28.12.04.
COMPARATIVE EVALUATION OF
STRUCTURAL CHANGES OF JOINT TISSUES
IN VARIOUS MODELS OF EXPERIMENTAL
ART HROSIS
G.P. Kotelnikov, Yu.V. Lartsev, A.N. Makhova
Su mma ry
Macro-preparations of rabbit knee-joints with
experimental arthrosis, caused by different factors,
were compared with macro-preparations of knee-joints
of intact rabbits. The changes in knee tissues in all
three studied models well correlated with the
characteristics of deforming knee arthrosis in patients.
All three models of arthrosis may be used for
experimental modelling in rabbits.
3 5