Морфо-функциональная характеристика суставного хряща при удлинении голени у собак

Т.А.Ступина, С.А.Ерофеев, ММ. Щудло
ГУН Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. академика Г.А. Илизарова

Источник: материалы Московского международного ветеринарного конгресса

В настоящее время широко используются методики удлинения конечностей по Илизарову, при этом происходит вынужденное ограничение движений с созданием постоянного дополнительного давления в суставах [Шевцов В.И. и др., 1996].

Г. А.Илизаровым установлено неизвестно ранее явление активизации роста и регенерации тканей под влиянием напряжения растяжения, создаваемого в них с помощью дистракционного аппарата [Илизаров Г.А., 1984]. Напряжение растяжения в тканях при удлинении конечности играет адаптогенную роль в востановлении физиологической функции хряща: пролиферативный потенциал и уровень генной экспрессии дифференцированных клеток при дистракционном остеосинтезе существенно выше, чем при иммобилизации сустава [Грачева Л.И., 1992].

Биохимическими исследованиями, проведенными в РНЦ «ВТО», отмечены нарушения архитектоники суставного хряща, биосинтеза и структуры основных его компонентов, регистрируются деструктивные изменения [Грачева Л.И. и др. 1994, Десятниченко К.С, 1998]. В то же время работы по изучению морфологии суставного хряща в условиях дозированного растяжения голени единичны, также в доступной литературе мы не встретили исследований с помощью современных методов количественного анализа, которые позволили бы доказательнее продемонстрировать динамику изменений и регенерации суставного хряща в данных условиях. Учитывая эти положения, нами проведено исследование, цель которого - с помощью современных методик (световая микроскопия полутонких срезов, компьютерная морфометрия) изучить морфо-функциональные характеристики суставного хряща в условиях дозированного растяжения голени.
Для исследований использовали суставной хрящ наружного мыщелка бедра 21 беспородной собаки, которым после закрытой флексионной остеоклазии в течение 4-х недель осуществляли дозированное удлинение правой голени с темпом 1 мм в день за 60 приемов - автодистракция (1 серия, 9 животных) и за 8 приемов - ручные подкрутки (2 серия, 9 животных). Исследование проводили на этапах: 28 дней дистракции, 30 дней фиксации и месяц после снятия аппарата. Три интактные собаки составили контрольную группу.

После альдегидно-осмиевой фиксации образцы хряща дегидратировали в спиртах возрастающей концентрации и ацетоне, заключали в аралдит, при этом для получения репрезентативных препаратов при резко выраженной вертикальной анизоморфии суставного хряща, кусочки ориентировали так, чтобы плоскость среза была перпендикулярна суставной поверхности. Полутонкие срезы готовили на ультратоме "Nova" фирмы LKB (Швеция), окрашивали метиленовым синим и основным фуксином, исследовали на фотомикроскопе фирмы "Opton" (Германия).

Изображения микропрепаратов оцифровывали и морфометрировали на аппаратно-программном комплексе "ДиаМорф" (Москва) в программах "Color" и "Medias" версии 1996 года. Измерения проводили в микрометрах после предварительной геометрической калибровки по объект-микрометру. Определяли высоту хряща и зон в его составе, площади межклеточного вещества и следов хондроцитов, численную плотность клеток (ЫАхц), рассчитывали объемную плотность хондроцитов (Л/хц), численную плотность пролиферирующих хондроцитов. Для оценки объемных отношений структур исходили из принципа A.Delesse (1847) Wi = AAi. В качестве контроля морфометрировали суставной хрящ интактных животных. Анализ цифрового материала был проведен методами вариационной и непараметрической статистики. Достоверность различий оценивали в программе Microsoft Excel 97 по критерию Стьюдента и W-критерию Вилкоксона.

К концу дистракции большинство животных 1 серии пользовались удлиненной конечностью, приступая на нее в стойке или при ходьбе. При этом не было отмечено значительных ограничений движений в суставах, в коленном суставе определялась умеренная сгибательная контрактура, амплитуда движений составляла 807-90? (норма 1007-110?), положение стопы было близко к физиологическому. При количественном морфологическом исследовании отмечены следующие изменения: суставной хрящ был истончен в среднем на 26% по сравнению с контролем, в части наблюдений межклеточное вещество поверхностной зоны теряло свою гомогенность, выглядело зернистым. Обнаружено статистически достоверное (р<0,05) уменьшение численной плотности хондроцитов по сравнению с контролем.

Выявлены пустые лакуны. Объемная плотность хондроцитов в 1,7 раза была ниже, чем в контроле. В средней зоне отмечено повышение пролиферативной активности клеток, в результате чего увеличивается количество двух-, четырехчленных изогенных групп. Величина пролиферирующего пула хондроцитов на 24% выше контроля. Базальная зона сохраняла обычное строение.

Во 2 серии животные также пользовались удлиненной конечностью, приступая на нее в стойке или при ходьбе, наблюдался слабо выраженный отек параоссальных тканей, в коленном суставе определялась умеренная сгибательная контрактура, в большей части наблюдений стопа была близка к эквинусному положению.

Морфометрически отмечено достоверное (р<0,01) уменьшение высоты хряща на 23% посравнению с контролем. Численная плотность хондроцитов поверхностной зоны достоверно не отличалась от контроля (р>0,05), клетки уплощены. Объемная плотность хондроцитов была в 1,6 раза ниже, чем в контрольной серии (р<0,05). Основное вещество теряло свою гомогенность, начала выявляться фибриллярная структура хряща. В средней зоне численная плотность клеток достоверно увеличивалась (р<0,05) на 15% по сравнению с контролем за счет увеличения двух- и четырехчленных изогенных групп. Величина пролиферирующего пула хондроцитов была на 39% выше контроля.

Через 30 дней фиксации все собаки 1 и 2 серий практически полностью нагружали оперированную конечность, амплитуда движений в коленном суставе приближалась к норме и составляла 907-100?. При количественном исследовании в 1 серии отмечено достоверное (р<0,001) уменьшение высоты хряща на 18% по сравнению с контролем. Нарушена гомогенность межклеточного вещества поверхностной зоны, выявлены участки разволокнения. Численная плотность хондроцитов меньше на 7%, чем в контроле. Обнаружено достоверное (р<0,05) повышение объемной плотности хондроцитов по сравнению со сроком 28 дней дистракции, различия с контролем по этому параметру были недостоверны (р>0,05). Величина пролиферирующего пула хондроцитов на 21% выше контроля. Базальная зона сохраняла обычное строение.

Во 2 серии выявлено уменьшение высоты хряща на 13% по сравнению с контролем. Межклеточное вещество теряло гомогенность, выглядело зернистым, отмечено разволокнение верхней 2/3 поверхностной зоны. Параллельно с признаками деструктивных процессов обнаружено увеличение пролиферации хондроцитов в поверхностной зоне. Численная плотность клеток достоверно не отличалась от контроля. Величина пролиферирующего пула хондроцитов на 27% выше контрольной серии. Базофильная линия отчетливо выражена, не нарушена.

Через месяц после снятия аппарата функция коленного сустава собак обеих серий эксперимента не отличалась от исходных значений, животные в полном объеме пользовались оперированной конечностью. В 1 серии высота хряща была увеличена на 24% по сравнению со сроком 28 дней дистракции и существенно не отличалась от контроля (р>0,05). Структура не нарушена, межклеточное вещество поверхностной зоны было гомогенным. В средней зоне преобладали двух- и четырехчленные изогенные группы клеток. Величина пролиферирующего пула хондроцитов на 28% выше контрольной серии. Морфометрический анализ показал, что объемная и численная плотность хондроцитов по зонам существенно (р>0,05) не отличалась от контроля. Базофильная линия была отчетливо выражена, непрерывна.

Во 2 серии высота хряща была близка к высоте хряща интактных животных. Структура не нарушена, лишь в одном случае сохранялось разволокнение поверхностной зоны. Морфометрически обнаружено статистически достоверное (р<0,05) уменьшение объемной плотности клеток во всех зонах хряща по сравнению с контролем. Численная плотность клеток существенно не отличалась от контрольной серии (р>0,05). Величина пролиферирующего пула хондроцитов на 31% выше контроля.

Проведенные исследования показали, что в период удлинения голени в суставном хряще собак обеих серий происходили аналогичные изменения: в конце дистракции отмечено уменьшение высоты хряща, дезорганизация межклеточного вещества поверхностной зоны, уменьшение объемной и численной плотности хондроцитов, которое сопровождалось повышением пролиферативной активности оставшихся клеток. В период фиксации в обеих сериях также сохранялось сниженное значение высоты хряща, отмечены очаги разволокнения, наблюдалось увеличение численной, объемной плотности клеток по сравнению с предыдущим сроком эксперимента, по сравнению с контролем значения этих параметров оставались сниженными, увеличивался пролиферирующий пул хондроцитов, что свидетельствовало о повышении функциональной и пролиферативной активности хондроцитов.

Интенсивность деструктивно-репаративных процессов была более выражена при ручной подкрутке. Полученные результаты свидетельствуют о начальных изменениях структуры поверхностной зоны хряща, возникающих при удлинении голени. Через месяц после снятия аппарата высота хряща в обеих сериях была близка к высоте хряща интактных животных. Возврат к двигательному стереотипу способствовал восстановлению структуры суставного хряща.

Проведенные патоморфологические исследования и анализ количественных данных позволили выявить общие закономерности изменений морфо-функционального состояния суставного хряща при удлинении голени в обеих сериях и показали, что применение автодистракции для суставного хряща было более щадящим.

Summary
Stupina T.A., Erofeev S.A., Shchudlo M.M. Morphological and funcional characteristics of joint cartilage during dog shank lengthening. Russian Ilizarov. Scientific Center «Restorative Traumatology and Orthopaedics-: Kurgan, Russia.

The joint cartilage morphological and morphometric data during dog shank lengthening are submitted.