Журнал «Травма» Том 14, №2, 2013

Введение

Остеоартроз (ОА) — одно из наиболее распространенных дегенеративно-дистрофических заболеваний суставов, которым страдает 6,4–12 % населения мира [2]. Коксартроз (КА) составляет более 40 % всех форм остео­артроза. Это заболевание обычно заканчивается прогрессирующим нарушением функции сустава, вызывая инвалидизацию больных. КА характеризуется нарастанием значительного сужения суставной щели. При рентгенологическом исследовании местами она прерывается, в суставных концах наблюдаются зоны склероза, ячейки кист, разлитой остеопороз, выраженная деформация суставных поверхностей за счет костно-хрящевых разрастаний. Клинически — контрактуры, боль при движениях, выраженная гипотрофия мышц, ограничение подвижности в суставе.

КА — полиэтиологическое заболевание, возникновение и развитие которого связано с рядом генетических, эндогенных (гормональный дисбаланс, иммунные нарушения, оксидативный стресс) и экзогенных факторов (травма, перегрузка). Большинство ученых считает, что при КА первично поражается хрящевая ткань [7, 9, 10]. В патогенезе этого заболевания наблюдается нарушение не только структуры и функции матрикса хряща, но и его метаболизма [5, 8]. Основным патологическим проявлением КА является разрушение суставного хряща, важнейшая функция которого — адаптация сустава к механической нагрузке и обеспечение свободного движения суставных поверхностей [2].

Хрящ состоит из двух основных элементов: межклеточного вещества (матрикса), что составляет 98 % объема хрящевой ткани, и клеток: хондроцитов и хондробластов (2 %). В свою очередь, двумя наиболее важными компонентами хрящевого матрикса являются макромолекулы коллагена различных типов (преимущественно II тип) и протеогликаны (ПГ). ПГ обеспечивают уникальные адаптационные свойства хряща. 90 % ПГ хряща принадлежит к семейству аггреканов. Эта молекула состоит из белкового ядра, к которому присоединены цепи хондроитинсульфата (ХС), кератансульфата (КС) и гиалуроновой кислоты (ГК) [5, 12, 20]. Хондроциты — клетки, регулирующие обмен хрящевой ткани, то есть синтез (анаболизм) и деградацию (катаболизм) аггрекана и других компонентов хрящевого матрикса. В норме эти процессы находятся в сбалансированном состоянии, но при ОА наблюдаются нарушения нормального обмена хрящевой ткани в сторону преобладания катаболических процессов над анаболическими [4, 16].

Характерным признаком деструкции хряща при ОА является потеря матриксом гликозаминогликанов (ГАГ) — ХС, КС, ГК поверхностной, промежуточной и глубокой зонами. Кроме того, отмечается снижение молекулы ПГ, которая приобретает способность к выходу из матрикса хряща. ПГ (измененные и мелкие) способны поглощать воду, но не способны ее удерживать. Избыточная вода поглощается коллагеном, он разбухает и распадается на волокна, что ведет к снижению резистентности хряща [1]. ГАГ определяют консистенцию и функциональные свойства основного вещества, что, в свою очередь, влияет на функциональные черты соединительной ткани в целом. Чем плотнее основное вещество, тем больше выражена механическая, опорная функция соединительной ткани. Жидкое по консистенции основное вещество лучше обеспечивает трофическую функцию. Гистамин и гиалуронидаза увеличивают проницаемость аморфного компонента (много микроорганизмов содержат гиалуронидазу, которая помогает им прокладывать путь в соединительной ткани). Повышение концентрации ГАГ (в частности гиалуроновой кислоты), наоборот, снижает проницаемость основного вещества. Основное вещество является путем для передвижения клеток, обладающих активной подвижностью, служит для транспорта питательных веществ и продуктов метаболизма. В матриксе хряща ГАГ всегда соединены с белком и входят в состав протеогликанов. Боковые цепи ПГ, состоящие из ГАГ, переплетаются с волокнами коллагена и образуют плотную трехмерную сетку, которая обеспечивает как выборочный проход через нее различных макромолекул, так и прочную пространственную структуру. За счет своей высокой гидрофильности цепи ГАГ собирают воду, и внутри хрящевого матрикса формируется герметизированная система, из которой при нагрузке на поверхность хряща выделяется жидкость, формирует защитную пленку и обеспечивает почти идеальное скольжение в суставе [18]. Доказано, что метаболизм ПГ и ГАГ меняется уже на ранних этапах повреждения суставного хряща [15].

Считается, что КА характеризуется длительным хроническим течением заболевания, с прогрессирующим развитием клинической картины. При медленном развитии заболевания долго сохраняется работоспособность больных [19]. Наряду с этим некоторые авторы выделяют КА с быстрым течением и костно-суставной деструкцией [13, 14]. Разработана классификация течения КА, где выделяют быструю, умеренную и медленную формы прогрессирования патологического процесса [3]. Поэтому интересным, с нашей точки зрения, было определить изменения показателей метаболизма соединительной ткани в суставном хряще при различном течении КА.

Цель — изучить изменения в метаболизме коллагена и гликозаминогликанов суставного хряща в зависимости от прогрессирования идиопатического и диспластического коксартроза.

Материалы и методы

Обследованы образцы хрящевой ткани с головок бедренных костей, удаленных интраоперационно при выполнении эндопротезирования, больных с идиопатическим и диспластическим КА IV стадии по J.H. Kellgren и J.S. Lawrence [17]. Для определения форм прогрессирования КА использовали классификацию течения патологического процесса [3], которая представлена в табл. 1.

Были исследованы образцы суставной хрящевой ткани с головок бедренных костей у 25 больных с быстрой, у 9 — с умеренной и у 13 — с медленной формой течения идиопатического КА и 19 образцов хрящевой ткани у больных с диспластическим коксартрозом, из них с быстрой формой течения — 7, с умеренной — 7, с медленной — 5.

Образцы хрящевой ткани, полученные во время хирургических вмешательств, помещали в спирто-эфирную смесь в соотношении 3 : 1 на 24 часа, выдерживали в эфире 5–6 часов, а затем помещали в термостат на 2–3 часа. Непосредственно пеpед анализом ткань замораживали в жидком азоте и растирали в порошок.

В хрящевой ткани исследовали метаболизм коллагена и ГАГ у больных с коксартрозом. Содержание ГАГ и коллагена определяли по методу Л.И. Слуцкого [11]. Полученные биохимические данные подвергали статистической обработке по Стьюденту.

Результаты и обсуждение

Анализ полученных данных при исследовании хрящевой ткани у больных с идиопатическим коксартрозом медленной формы прогрессирования показал сниженное содержание ГАГ, в процентном отношении — 65 %, в абсолютных показателях — 2,38 ± 0,05 мкг/мг, при норме 3,64 ± ±  0,12 мкг/мг. Еще более выраженные изменения происходят в содержании ГАГ у больных с умеренной формой прогрессирования идиопатического КА — 2,02 ± 0,14 мкг/мг, при быстрой форме — 1,70 ± 0,05 мкг/мг, что составило 55 и 47 % соответственно от физиологической нормы (табл. 2, рис. 1).

Данные, полученные при исследовании хрящевой ткани у больных с коксартрозом, свидетельствуют о снижении содержания органических компонентов соединительной ткани (табл. 2, 3, рис. 1–4).

Соответствующие изменения наблюдали в хрящевой ткани больных с диспластическим КА. При медленной форме течения содержание ГАГ — 58 % относительно нормы, в абсолютных показателях — 2,13 ± 0,18 мкг/мг (норма 3,64 ± 0,12), а также выраженные изменения происходили в концентрации ГАГ у больных с умеренной формой заболевания — 1,55 ± 0,07 мкг/мг, при быстрой форме — 1,50 ± 0,11 мкг/мг, что составило 42 и 41 % соответственно (табл. 3, рис. 2).

Незначительные изменения наблюдали в содержании коллагена в хрящевой ткани больных с диспластическим коксартрозом как при умеренной, так и при медленной форме течения: 28 % относительно нормы, в абсолютных цифрах — 1,37 ± 0,17 мг/г и 1,36 ± 0,08 мг/г соответственно. Наиболее выраженное снижение коллагена в хрящевой ткани при быстрой форме течения диспластического коксартроза — 21 % от нормы, в абсолютных показателях — 1,02 ± 0,06 мг/г (табл. 3, рис. 3).

Аналогичные изменения наблюдали и в концентрации основного белка соединительной ткани — коллагена, который имеет более выраженное отклонение от нормы у больных с идиопатическим КА. Так, если в норме содержание коллагена составляет 4,90 ± 0,20 мг/г, то у больных с идиопатическим КА медленной формы течения он снижен до 1,55 ± 0,05 мг/г в абсолютных показателях, в процентном отношении — 31 % от нормы. Наиболее выраженное снижение содержания коллагена при умеренной и быстрой форме в процентном отношении составило 27 и 24 % относительно нормы, в абсолютных цифрах — 1,26 ± 0,07 мг/г (умеренная) и 1,16 ± 0,03 мг/г (быстрая) (табл. 2, рис. 4 ).

Течение заболевания определяется метаболическими изменениями в компонентах органической основы хрящевой ткани. У больных с быстрым течением КА патологические нарушения более выраженные, особенно в показателях гликозаминогликанов.

Таким образом, полученные нами данные при исследовании хрящевой ткани больных с коксартрозом дают возможность предположить, что происходит нарушение метаболических процессов, как синтеза коллагена, так и ГАГ, и эти изменения приводят к развитию заболевания на ранних этапах и углублению патологического процесса. Уровень этих нарушений определяет степень развития патологического процесса.

Выводы

1. У больных как с идиопатическим, так и с диспластическим коксартрозом развитие патологического процесса происходит на фоне метаболических нарушений органической основы хрящевой ткани. Это подтверждают полученные нами данные исследования биохимических маркеров метаболизма соединительной ткани — коллагена (основного белка хрящевой ткани) и содержание гликозаминогликанов, которые определяют биомеханические и физиологические свойства хрящевой ткани.

2. Наиболее глубокие изменения биохимических показателей (коллагена, гликозаминогликанов) суставной хрящевой ткани наблюдались при быстрой форме прогрессирования идиопатического и диспластического кокс­артроза.

3. Определенные особенности будут способствовать лучшему пониманию патогенеза коксартроза и разработке диагностических и лечебных мероприятий у больных с этим тяжелым ортопедическим заболеванием.