CHANGES IN THE KNEE JOINT SYNOVIAL MEMBRANE AND ARTICULAR CARTILAGE DURING SHIN LENGTHENING BY AUTODISTRACTOR AT INCREASED DAILY RATE

Full Text

Удлинение конечностей методом дистракционного остеосинтеза по Г. А. Илизарову получило международное признание [11] и широко применяется в лечении врождённых и приобретённых ортопедических заболеваний, однако, вплоть до настоящего времени при его применении остаётся нерешённой проблема функциональной реабилитации пациентов, в частности восстановление объёма движений в суставах [1, 5]. Морфологические изменения суставного хряща при дистракционном остеосинтезе изучались немногочисленными исследовательскими группами [6, 7, 9, 12]. Было установлено, что его деструктивно-репаративные и адаптационнопластические изменения существенно зависят от темпа и ритма дистракции. Первый — подразумевает величину (в мм) суточного перемещения костных фрагментов в аппарате, второй — количество разовых дистракционных перемещений за сутки (дробность дистракции). Экспериментальноморфологические исследования показали, что если при темпе дистракции 1 мм/сут применяются специальные автоматические устройства, позволяющие увеличить дробность дистракции до 60 и 120, повреждения суставного хряща существенно уменьшаются по сравнению с таковым при ручных режимах дистракции — 1 мм в день за 1 приём или 4 приёма [7, 12]. Одно из актуальных направлений развития метода удлинения конечностей, требующее теоретического обоснования и практического решения, — сокращение сроков лечения и повышение эффективности функциональной реабилитации пациентов. В рамках этого направления в Центре им. акад. Г. А. Илизарова возникла идея экспериментального исследования высокодробной дистракции с повышенным суточным темпом. Цель настоящего исследования — выявление особенностей структурно-функциональных изменений суставного хряща и синовиальной оболочки коленного сустава при повышенном темпе удлинения голени автодистрактором. Материал и методы. Исследовали суставной хрящ и синовиальную оболочку 3 интактных (контроль) и 12 подопытных собак, которым после флексионной остеоклазии удлиняли голень в течение 10 сут автодистрактором с повышенным (3 мм) суточным темпом за 120 включений (шаг дистракции 0,025 мм). Содержание, оперативные вмешательства и эвтаназию животных передозировкой барбитуратов проводили в соответствии с требованиями МЗ РФ к работе экспериментально-биологических клиник, а также «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей» [3]. Все манипуляции, проводимые на животных, были рассмотрены и одобрены этическим комитетом размеров периваскулярных пространств и содер Российского научного центра «Восстановительная травматология и ортопедия им. акад. Г. А. Илизарова». Сроки гистологического исследования: конец периода дистракции и 30 сут после снятия аппарата. После вскрытия коленных суставов иссекали участки синовиальной оболочки из наднадколенниковой зоны, суставной хрящ с подлежащей субхондральной костью с нагружаемых поверхностей мыщелков бедренной кости, которые после альдегидно-осмиевой фиксации заключали в аралдит. Полутонкие (0,5–1,0 мкм) срезы увеличенной площади (4–8 мм2) готовили на ультратоме Nova (LKB, Швеция), окрашивали толуидиновым синим и метиленовым синим— основным фуксином. Препараты исследовали на фотомикроскопе (Оpton, Германия). Гистоморфометрические исследования выполнены с помощью АПК (ДиаМорф, Россия) и программы ВТ-Мастер-Морфология (ВидеоТест, Россия). В синовиальной оболочке определяли толщину покровного слоя (мкм), количество рядов синовиальных клеток, численную плотность микрососудов. Выраженность синовита оценивали по шкале экспертных оценок [10]. В суставном хряще определяли толщину хряща, объемную и численную плотности хондроцитов, рассчитывали долю хондроцитов в составе изогенных групп от общего количества хондроцитов и долю пустых лакун от общего количества лакун, площадь хондроцитов. В качестве контроля морфометрировали суставной хрящ 5 интактных животных. Для анализа цифрового материала использовали описательную статистику. В зависимости от характера распределения и объема выборок значимость различий оценивали с помощью критериев Стьюдента или Вилкоксона, используя программу AtteStat (тесты запрограммированы И. П. Гайдышевым [2] и помещены в динамически подключаемую библиотеку программы Microsoft Excel 97). Различия считали значимыми при Р<0,05. Результаты исследования. К концу периода дистракции толщина покровного слоя синовиальной оболочки была на 100% больше, чем у интактных собак (табл. 1), за счёт увеличения размеров клеток и количества клеточных рядов (рис. 1, а). В некоторых участках покровного слоя увеличено представительство марофагальных синовиоцитов, но в основном преобладали фибробластические синовиоциты овально-округлой и веретеновидной формы. В субсиновиальном слое выявлено спазмирование либо облитерация некоторых артерий малого калибра. Просветы многих артериол также были закрыты в результате спазма либо выбухания в просвет эндотелиоцитов, отмечалось увеличение жания в них клеток (см. рис. 1, б). В артериях с открытыми просветами обнаруживались участки неоинтимальной гиперплазии. В венах многие гладкие миоциты находились в состоянии вакуольной дистрофии. Численная плотность микрососудов субсиновиального слоя на 10,4% была незначимо больше, чем у животных интактной группы (P>0,05). В нервах субсиновиального слоя (см. рис. 1, в) выявлено гофрирование периневрия, субпериневральный и эндоневральный отёк, скопления макрофагов в субпериневральных пространствах, повышение количества макрофагов в эндоневрии, отёк аксонов безмиелиновых волокон, «миелиновые грыжи». В части наблюдений выявлены признаки воспаления синовиальной оболочки: диффузная плазмоцитарно-лимфоцитарная инфильтрация. У животных через 30 сут после снятия аппарата толщина покровного слоя синовиальной оболочки уменьшилась по сравнению с таковой сразу после прекращения дистракции, но на 36,2% превышала толщину у контрольных (P<0,05). Среди синовиоцитов преобладали клетки фибробластического типа уплощённой и полигональной формы. В верхних отделах субсиновиального слоя отмечены признаки фиброза, уплотнение межклеточного вещества, глубже выявлены очаги деструкции коллагеновых волокон, повышение содержания тучных клеток, липоматоз. Численная плотность микрососудов снижалась по сравнению с таковой в конце периода дистракции на 18,8%. Во многих микрососудах были выявлены признаки некротической гибели клеток и дезинтеграция стенок, деформация и облитерация просвета, склерозирование. В нервах субсиновиального слоя по сравнению с концом периода дистракции значительно увеличилось количество деструктивно изменённых нервных волокон. Результаты оценки выраженности синовита приведены в табл. 2. В суставном хряще к концу периода дистракции были выявлены очаги разволокнения, в которых отмечено нарушение гомогенности межклеточного вещества, демаскировка коллагеновых волокон поверхностной зоны, деструкция и гибель хондроцитов (рис. 2, а). Очаги разволокнения имели мозаичный характер. Деструктивно измененные хондроциты были выявлены во всех зонах хряща, но наибольшая частота их встречаемости отмечена в поверхностной и глубокой, в промежуточной — была увеличена доля бесклеточных полей. В части наблюдений отмечено нарушение целостности базофильной линии, проникновение сосудов в хрящ. Морфометрический анализ выявил значимое (P<0,05) снижение толщины хряща, площади и объемной плотности хондроцитов во всех зонах, численной плотности хондроцитов — в промежуточной и глубокой зонах. Отмечено увеличение численной плотности пустых лакун, при этом численная плотность изогенных групп была резко снижена по сравнению с контролем (табл. 3). Через 30 сут после снятия аппарата очаги разволокнения не были выявлены, сохранялось нарушение организации матрикса суперфициальной части поверхностной зоны, часть хондроцитов поверхностной зоны имели признаки деструкции (см. рис. 2, б). Реактивные изменения были характерны для хондроцитов неповрежденных участков: часть клеток отличались высокой пролиферативной активностью — образовывали изогенные группы; часть — имели большие размеры, округлую форму. Хондроциты промежуточной и глубокой зон характеризовались как биосинтетически активные, об этом свидетельствовали наличие секреторных включений, базофилия и гомогенность территориального и интертерриториального матрикса. Численная плотность клеток в поверхностной и промежуточной зонах была увеличена (P<0,05), в глубокой — сопоставима с контролем (P>0,05). Низкие значения объемной плотности хондроцитов по сравнению с контролем на фоне высокой численной плотности клеток обусловлены низкими значениями площади хондроцитов (P<0,05). Толщина хряща увеличивалась по сравнению с таковой в конце периода дистракции, но не достигала соответствующего показателя в контроле (p<0,05). Отмечено снижение численной плотности пустых лакун по сравнению с тем же показателем после 10 сут дистракции. По сравнению с контролем была увеличена численная плотность изогенных групп. Обсуждение полученных данных. В ранее проведенных исследованиях установлена возможность полноценной репарации хряща коленного сустава при экспериментальном удлинении голени автодистрактором с суточным темпом 1 мм за 60 приёмов. К концу опыта на этапе 30 сут без аппарата (срок эксперимента 93 сут) микроскопическая структура суставной поверхности была сопоставима с интактной, восстанавливалась толщина хряща [9]. При таком же шаге автодистракции (0,017 мм) были проведены эксперименты с увеличенным суточным темпом — 3 мм за 180 приемов, на этапе 30 сут без аппарата (срок эксперимента 75 сут — сокращён на 18 сут за счёт периода дистракции) не восстанавливалась толщина хряща, однако динамика количественных параметров указывала на усиление и биосинтетической, и пролиферативной активности клеток, что свидетельствовало о возможности в дальнейшем восстановления суставного хряща [7, 8]. В данном эксперименте была апробирована автодистракция с повышенным суточным темпом — 3 мм, но ритм дистракции был другим — 120 включений в сутки. По сравнению с режимом 3 мм за 180 приёмов было увеличено разовое растяжение — шаг дистракции — с 0,017 до 0,025 мм. В этих условиях к концу дистракции в суставном хряще преобладали деструктивные изменения, более выраженные в поверхностной и глубокой зонах. Вероятный механизм таких изменений — механическое сдавление и нарушение кровоснабжения сустава. Общеизвестно, что суставной хрящ характеризуется диффузионным механизмом питания и имеет два опосредованных источника кровоснабжения: первый — капилляры синовиальной оболочки, второй — капилляры субхондральной кости [4]. Разволокнение поверхностной зоны хряща отражает реакцию на избыточную статическую нагрузку, а проникновение сосудов в глубокую зону со стороны субхондральной кости и деструктивные изменения сосудистого русла синовиальной оболочки указывают на нарушение кровоснабжения, хотя численная плотность микрососудов статистически значимо не отличается от показателя у интактной группы. Причиной выраженных структурных признаков нарушения циркуляции эндоневральной жидкости и дегенеративных изменений нервных волокон в нервах субсиновиального слоя, вероятно, являлась редукция кровоснабжения синовиальной оболочки. Через 30 сут без аппарата в суставном хряще были отмечены репаративные процессы в виде пролиферации и повышения биосинтетической активности хондроцитов, интенсивнее выраженные в промежуточной и глубокой зонах. Однако регенерация хряща имела незавершенный характер. В синовиальной оболочке сохранялись регрессивные нейрососудистые изменения, что неблагоприятно для структурного и функционального восстановления суставов. В то же время в данном эксперименте мы не наблюдали отчетливо выраженного синовита. Сопоставление морфометрических параметров суставного хряща в серии — 3 мм за 120 приёмов с соответствующими результатами серии — 3 мм за 180 приёмов [7, 8] свидетельствует о большей травматичности режима 3 мм за 120 приёмов: более выражено уменьшение толщины хряща и особенно численной плотности изогенных групп. Следовательно, снижение дробности и увеличение шага дистракции с 0,017 до 0,025 мм оказалось значимым и неблагоприятным для восстановления суставного хряща изменением условий эксперимента. На основании представленной характеристики синовиальной оболочки и суставного хряща при автодистракции в режиме 3 мм за 120 приемов можно сделать заключение, что разработку оптимальных для функциональной реабилитации технологий следует продолжить в направлении уменьшения шага автодистракции.

About the authors

T. A. Stupina

Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopedics

Email: StupinaSTА@mail.ru

M. M. Shchudlo

Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopedics

N. A. Shchudlo

Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopedics

References

Supplementary files