HISTOLOGICAL CHANGES IN THE KNEE JOINT SYNOVIAL FLUID IN EXPERIMENTAL MODELING OF OSTEOARTHROSIS AND ORTHOPEDICBONE LENGTHENING IN DOGS

Full Text

С учётом данных о роли сосудистой патологии в инициации и прогрессировании остеоартроза [12] разработана экспериментальная модель [3], сочетающая 2 патогенетических фактора - иммобилизацию сустава и редуцированное кровоснабжение конечности [9]. Факторы ограничения подвижности и кровоснабжения действуют и при ортопедических операциях по удлинению конечностей в эксперименте и клинике [4, 10]; они вызывают изменения суставного хряща [5], снижающие качество функциональной реабилитации. Для уточнения представлений о рисках и механизмах развития остеоартроза у пациентов, перенесших ортопедическое удлинение конечности, необходимо сопоставление закономерностей структурной реорганизации тканей суставов в различных биологических моделях этих состояний. Цель данного исследования - анализ структурной реорганизации синовиальной оболочки коленного сустава у собак при моделировании остеоартроза (МОА) с редуцированным кровоснабжением и при удлинении голени (УГ) по методике, наиболее часто применяемой в клинике. Материал и методы. Исследование проведено на 5 интактных (контроль) и 11 оперированных собаках, которые были разделены на 2 группы. 1-й группе собак (n=5 - МОА) перевязывали поверхностную бедренную артерию, коленные суставы фиксировали в течение 28 сут в среднефизиологическом положении аппаратом Илизарова. Собакам 2-й (n=6 - УГ) группы после остеотомии большеберцовой кости на уровне проксимального метадиафиза осуществляли УГ на 15% от исходной длины дистракцией костных фрагментов в аппарате Илизарова по 1 мм/сут за 4 приёма в течение 28 сут. Затем в течение 35 сут голень фиксировали в аппарате до момента консолидации костного регенерата, после чего аппарат снимали и продолжали наблюдения после снятия аппарата еще 30 сут. Содержание и эвтаназию животных проводили в соответствии с требованиями «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей» [2]. Манипуляции, проводимые на животных, рассмотрены и одобрены этическим комитетом [протокол № 6 (42) от 02.12.2014 г.] Российского научного центра «Восстановительная травматология и ортопедия» им. акад. Г. А. Илизарова. После вскрытия коленных суставов иссекали участки синовиальной оболочки из супрапателлярной зоны. Образцы подвергали альдегидно-осмиевой фиксации, заключали в аралдит. Полутонкие (толщиной 0,5-1,0 мкм) срезы готовили на ультратоме Nova (LKB, Швеция), окрашивали толуидиновым синим и метиленовым синим-основным фуксином. Препараты исследовали под фотомикроскопом Оpton (Opton, Германия). Морфометрические исследования выполнены с помощью аппаратно-программного комплекса «ДиаМорф» (Москва) и программы «ВТ-МастерМорфология» (ВидеоТест, Санкт-Петербург). На серийных срезах случайным образом отобранных 2 блоков у каждого животного каждой группы определяли толщину покровного слоя (мкм), количество рядов синовиальных клеток, численную плотность микрососудов. Систематический ввод полей зрения рядами, ориентированными строго по длиннику среза, обеспечивал получение репрезентативной выборки. При увеличении 500 оцифровывали по 10 полей зрения с каждого среза, площадь тестового поля - 9616,53 мкм2. Результаты представлены в виде среднего значения и его стандартной ошибки. Для определения статистической значимости различий полученных данных использовали критерий Вилкоксона, используя программу AtteStat, версия 1.0 [1] в электронных таблицах Microsoft Excel 97. Результаты исследования. Покровный слой синовиальной оболочки у интактных животных был представлен клетками вытянутой, веретенообразной формы, расположенными в 1-2 слоя. Среди них преобладали синовиоциты В (секреторные). Синовиальный слой плавно переходил от аваскулярного внутреннего покрытия, содержавшего множество клеток, к васкуляризированной субсиновиальной соединительной ткани с большим содержанием кровеносных сосудов, но меньшим количеством клеточных элементов - в основном гистиоцитов и фибробластов. По мере приближения к соединению с фиброзной капсулой субсиновиальный (коллагеново-эластический) слой содержал большое количество коллагеновых волокон, которые имели равномерное параллельное расположение. В группе собак при МОА была отмечена очаговая гиперплазия синовиальной оболочки. Утолщение покровного слоя происходило за счёт увеличения размеров клеток и количества их слоёв (таблица). В очагах гиперплазии увеличивалось представительство синовиоцитов А (фагоцитирующих). Клетки имели выросты, различимые на светооптическом уровне: ядра, расположенные эксцентрично, цитоплазма была вакуолизирована, с зернистыми включениями. В собственном веществе покровного слоя пучки коллагеновых волокон были разреженными. На большем протяжении покровного слоя синовиоциты были мелкие с пикнотичными ядрами, местами отсутствовали. В верхних слоях субсиновиального слоя наблюдался липоматоз, в глубоких - признаки отека с редким расположением и разволокнением коллагеновых волокон, увеличением оптических пустот между ними (рис. 1, а). В нервах субсиновиального слоя имелся отёк эндоневрия, безмиелиновых волокон, многие миелиновые волокна находились в состоянии аксональной атрофии или дегенерации (см. рис. 1, б). Численная плотность микрососудов по сравнению с контролем была значимо снижена (см. таблицу). Их просветы сужены, стенки утолщены за счёт внутриклеточного отёка, во многих эндотелиоцитах определялся кариорексис (см. рис. 1, в), содержание периваскулярных тучных клеток умеренно повышено. Нередко встречались микрососуды с облитерированными или тромбированными просветами. В артериях малого калибра преобладали эндотелиальные клетки булавовидной формы, вакуольная дистрофия гладких миоцитов (ГМ). Во 2-й группе собак через 28 сут дистракции было отмечено менее выраженное утолщение покровного слоя синовиальной оболочки (рис. 2, а), чем в группе при МОА (см. таблицу). В его составе синовиоциты В были разных размеров и формы. Встречались участки с отсутствием покровного слоя либо с признаками клеточной гибели. Численная плотность микрососудов в субсиновиальном слое незначимо превышала контроль (см. таблицу). В стенке артерий малого калибра преобладала продольная ориентация ГМ. В составе интимы встречались ГМ веретёновидной формы. В микрососудах были нередки явления вакуольной дегенерации и некротической гибели ГМ (см. рис. 2, б). В нервах около 50% миелиновых волокон находились в состоянии валлеровской дегенерации (см. рис. 2, в) и, наряду с продуктами распада, содержали регенерирующие аксональные выросты. Через 30 сут после снятия аппарата толщина покровного слоя синовиальной оболочки была уменьшена за счёт редукции количества клеточных рядов синовиоцитов (рис. 3, а; см. таблицу). Часть синовиоцитов находились в состоянии деструкции, некоторые участки покровного слоя содержали только клеточный детрит. В других участках многие синовиоциты А имели значительное количество вакуолей и пиноцитозных пузырьков. В субсиновиальном слое численная плотность микрососудов на 31% превышала таковую в контроле (P<0,05), было увеличено количество тучных клеток, в том числе на разных стадиях дегрануляции. Вокруг микрососудов увеличено количество периваскулярных и плазматических клеток (см. рис. 3, б). В одном наблюдении выявлены признаки асептического воспаления - повышенное содержание плазматических клеток и лимфоцитов в субсиновиальном слое. Пучки коллагеновых волокон дезорганизованы и разрежены. В некоторых нервах были выявлены локусы субпериневрального отёка, увеличение количества макрофагов, расположенных как субпериневрально, так и в эндоневрии, вакуолизация аксонов и миелиновой оболочки. Обсуждение полученных данных. Нами проведено сопоставление изменений синовиальной оболочки коленного сустава в двух разных экспериментальных моделях: гонартроза с редуцированным кровоснабжением и клинически адекватной экспериментальной модели УГ. Ранее было показано, что оценка синовита по шкале V.Krenn и соавт. [14] в первой из этих моделей [8] соответствует отчетливо выраженному синовиту, а во второй [7] - умеренному, хотя и прогрессирующему. Оценка состояния покровного и субсиновиального слоя по более сложной шкале [15] свидетельствует, что обе модели характеризуются синовиопатией гиперпластического типа, но проявляют и некоторые признаки воспалительной. Основное различие моделей состоит в том, что первая характеризуется гиповаскуляризацией субсиновиального слоя, а вторая - постепенным развитием гиперваскуляризации. При экспериментальном УГ у собак на 15% исходной длины автодистракцией с повышенным темпом - 3 мм за 120 приемов в сутки отмечен синовит умеренной и слабой степени на фоне гиповаскуляризации субсиновиального слоя [6]. Хотя ангиогенез в синовиальной оболочке рассматривается как ключевая мишень в лечении остеоартроза [13], а гибель синовиоцитов - как основной механизм, купирующий синовит [11], полученные и опубликованные ранее данные свидетельствуют о неоднозначной взаимосвязи выраженности синовита с васкуляризацией синовиального слоя и морфологическими проявлениями гибели синовиоцитов. Таким образом, экспериментальное исследование клинически релевантной модели УГ в сопоставлении с МОА с редуцированным кровоснабжением свидетельствует о возможности развития гиперпластической формы синовита как при гипо-, так и при гиперваскуляризации субсиновиального слоя.

About the authors

T. A. Stupina

Russian G. A. Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopedics

Email: StupinaSTA@mail.ru
Laboratory of Morphology

M. M. Shchudlo

Russian G. A. Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopedics

Clinical and Experimental Laboratory of Reconstructive Microsurgery and Hand Surgery

N. A. Shchudlo

Russian G. A. Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopedics

Email: nshchudlo@mail.ru
Clinical and Experimental Laboratory of Reconstructive Microsurgery and Hand Surgery

References

Supplementary files