CC BY
45
© Группа авторов, 2009
УДК616.728.2-007.248-089.844: 577.125:616-008
Динамика показателей перекисного окисления липидов и антиоксидантной активности у пациентов с деформирующим остеоартрозом тазобедренного сустава после тотального эндопротезирования при благоприятном течении и возникновении нестабильности
С.Ю. Истомин, В.Г. Дрягин, Д.Б. Сумная, И.А. Атманский, Е.И. Львовская,
В.А. Садова, М.Ю. Воронков
The dynamics of lipid peroxidation and antioxidant activity measurements in patients with deforming osteoarthrosis of the hip alter total endoprosthetics with uneventful course and in case of hip instability
S.Yu. Istomin, V.G. Driagin, D.B. Sumnaya, I.A. Atmansky, E.I. Lvovskaya,
V.A. Sadova, M.Yu. Voronkov
ФГОУ ВПО «Уральский Государственный университет физической культуры», г. Челябинск (ректор - д.п.н., профессор Л.М. Куликов) МУЗ Городская клиническая больница № 3, г. Челябинск (главный врач - к.м.н. О.В. Маханьков)
На базе травматологического отделения МУЗ ГКБ N° 3 произведены биохимические исследования уровня липопероксидов и антиокислительной активности у 248 пациентов с благоприятным течением после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава и у 53 пациентов с клинико-рентгенологически и интраоперационно подтверждённой нестабильностью эндопротеза. Полученные данные показывают повышение всех категорий липопероксидов у пациентов с деформирующим остеоартрозом. Выявлена различная динамика показателей перекисного окисления липидов и антиокислительной активности у пациентов с благоприятным течением и с последующим развитием нестабильности компонентов эндопротеза. Выявлено значительное увеличение показателей перекисного окисления липидов при снижении суммарной антиокислительной активности у пациентов с клинико-рентгенологически подтверждённой нестабильностью.
Ключевые слова: тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава, деформирующий остеоартроз, нестабильность, перекисное окисление липидов, антиокислительная активность, липопероксиды.
Biochemical studies of lipoperoxide level and antioxidant activity in 248 patients with uneventful clinical course and 53 patients with clinically, roentgenologically and intraoperatively confirmed endoprosthesis instability after total endoprosthetics of the hip were performed on the basis of the traumatological department of Municipal Clinical Hospital 3. The data obtained have demonstrated the increase of lipoperoxides of all types in patients with deforming osteoarthrosis. The dynamics of lipid peroxidation and antioxidant activity measurements in patients with favorable clinical course was shown to differ from that of patients with subsequent development of endoprosthesis component instability. The substantial increase of lipid peroxidation measaurements through the reduction of antioxidant activity was found in patients with clinically and roentgenographically confirmed hip instability.
Keywords: total endoprosthetics of the hip, deforming hip osteoarthrosis, instability, lipid peroxidation, antioxidant activity, lipoperoxides.
В патогенезе развития нестабильности эндопротеза тазобедренного сустава играют роль биомеханические факторы, функциональная нагрузка, местная реакция тканей на материалы протеза, ошибки в оперативной технике, изменение уровня минерализации костной ткани на границе с эндо-протезом, замедление скорости кровотока, гиперкоагуляция, поражение сосудистой стенки, вазо-констрикторная реакция, усиливающаяся после операции на пораженной конечности, синовиит, играющий ведущую роль в прогрессировании заболевания с массивным выбросом провоспали-
тельных цитокинов [1, 6, 7, 8, 10].
Асептический воспалительный процесс может провоцироваться наличием в полости сустава после операции продуктов деградации про-теогликанов, коллагеновых волокон, хрящевых частиц, провоспалительных цитокинов, продуктов износа материалов эндопротеза, нарушенным иммуно-биохимическим фоном основного заболевания и другими факторами [11].
Таким образом, создаются все условия для интенсификации процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ), особенно на фоне снижения ак-
тивности антиоксидантной системы (АОС) [9].
Многокомпонентная АОС ограничивает повреждающие эффекты ПОЛ на клеточном и внеклеточном уровнях. Уровень антиокислительной активности тканей является интегральным показателем, отражающим содержание в ней различных антиоксидантов [4].
Исходя из этого, нами была предпринята попытка проанализировать показатели липоперок-сидации и антиокислительной активности у пациентов с деформирующим остеоартрозом тазобедренного сустава после тотального эндопро-тезирования (ТЭП) при благоприятном течении и при возниконовении нестабильности.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Биохимические исследования проведены у 301 пациента, из них 248 пациентов имели благоприятное течение с отсутствием клинико-рентгенологических признаков нестабильности в период до 5 лет, 53 пациента с нестабильностью. 248 пациентов с благоприятным течением обследованы в сроки до операции, через 1 -3 дня после операции, через 10-14 дней после операции, через 3 месяца обследованы 140 пациентов из этой группы. Все 53 пациента с нестабильностью обследованы непосредственно перед операцией ревизионного вмешательства, 18 из них обследованы в сроки до операции первичного эндопротезирования, через 1 -3 дня после операции, через 10-14 дней после операции, 10 обследованы через 3 месяца.
Произведено исследование первичных, вторичных, конечных изопропанолрастворимых и гептанрастворимых продуктов липопероксида-ции в сыворотке крови пациентов.
Произведено исследование антиокислительной активности 1 (АОА 1), антиокислительной активности 2 (АОА 2), соответствующих уровню первичных и вторичных липопероксидов в сыворотке крови пациентов.
Контрольная группа здоровых составила 25 человек.
В работе применялись следующие методики исследования:
1. Определение продуктов ПОЛ в гептан-изопропанольных экстрактах биологического материала производилось спектрофото-метрическим методом по И.А. Волчегорскому с соавт. (2000) [2].
Результаты рассчитывалия в виде так называемых индексов окисления - Е232/Е220 и Е278/Е220, которые отражали относительный уровень первичных и вторичных продуктов ПОЛ
соответственно, Е232/Е220 - относительное содержание диеновых конъюгатов, Е278/Е220 - уровень кетодиенов и сопряженных триенов.
2. Определение конечных продуктов пе-рекисного окисления липидов спектрофото-метрическим методом по Е.И. Львовской с соавт. (1991) [3].
Относительное содержание шиффовых оснований рассчитывали по отношению поглощения при 400 нм к оптической плотности при 220 нм. (Е400/Е220). Последняя величина являлась функцией содержания изолированных двойных связей в экстрагированных липидах, которые являются субстратами ПОЛ.
3. Определение интенсивности антиокислительной системы по Е.И. Львовской (1998) [5].
Окисляемость липидных экстрактов оценивали по соотношению величин оптических плотностей Е232/Е220, Е278/Е220, определяемых до и после внесения инициирующей ПОЛ смеси и выражали в процентах по отношению к исходному уровню.
Статистическая обработка материала включала вычисление среднего арифметического (М), ошибки средней (m). Показатель достоверности различий (р) определялся с помощью коэффициента Стьюдента при нормальном распределении. Если наблюдаемый количественный признак не подчинялся нормальному распределению, то использовали непараметрические критерии с использованием коэффициента Уилкоксона.
Вычислялся показатель линейной корреляционной связи Пирсона (г). Обработка материала производилась с помощью лицензионных программ STAT, Microsoft Excel на персональном компьютере. Различия считались значимыми при р<0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание изопропанолрастворимых продуктов ПОЛ при благоприятном течении после тотального эндопротезирования по поводу деформирующего остеоартроза тазобедренного сустава и при нестабильности имплантов представлено в таблицах 1 и 2.
Как видно из таблиц 1 и 2, в результате проведённого исследования было выявлено повы-
шение показателей всех категорий изопропа-нолрастворимых липопероксидов у пациентов с деформирующим остеоартрозом тазобедренного сустава не менее чем в 2,52 раза по сравнению с группой контроля. При этом имеется выраженная разница в динамике показателей липоперок-сидации у пациентов с благоприятным течением и развитием нестабильности в последующем.
Таблица 1
Содержание первичных, вторичных и конечных изопропанолрастворимых продуктов перекисного окисления липидов в сыворотке крови у пациентов с благоприятным течением после тотального эндопротезирования по поводу деформирующего остеоартроза тазобедренного сустава
Продукты ПОЛ Контрольная группа Пациенты с благоприятным течением
До операции После операции ТЭП
ТЭП на 1-3 сутки на 10-14 сутки через 3 месяца
0,415±0,03 1,047±0,048 1,129±0,063 0,879±0,042 0,689±0,028
ИРПП 100 % 252±12,6 % 272±13,6 % 212±10,6 % 166±8,3 %
п=25 п=248 п=248 п=248 п=140
0,317±0,04 1,029±0,054 1,391±0,052 0,867±0,04 0,374±0,038
ИРВП 100 % 324±16,2 % 438±21,9 % 274±13,7 % 118±5,9 %
п=25 п=248 п=248 п=248 п=140
0,023±0,001 0,069±0,028 0,108±0,003 0,053±0,004 0,041±0,005
ИРКП 100 % 300±15,01 % 469±23,45 % 230±11,5 % 178±8,9 %
п=25 п=248 п=248 п=248 п=140
Примечание: содержание изопропанолрастворимых продуктов (ИРПП) выражали в единицах индексов окисления - отношение оптических плотностей в изопропанольной фазе Е232/Е220; изопропанолрастворимых вторичных продуктов (ИРВП) - отношение оптических плотностей в изопропанольной фазе Е278/Е220; изопропанолрастворимых конечных продуктов (ИРКП) - отношение оптических плотностей в изопропанольной фазе Е400/Е220. Различия во всех группах сравнения достоверны (р <0,05), кроме р2. з>0,05 (для ИРПП); р^ р2-4>0,05 (для ИРВП); рЬ5>0,05 (для ИРКП).
Таблица 2
Содержание первичных, вторичных и конечных изопропанолрастворимых продуктов перекисного окисления липидов в сыворотке крови у больных с нестабильностью после тотального эндопротезирования по поводу деформирующего остеоартроза тазобедренного сустава
Продукты ПОЛ Контрольная группа Пациенты с нестабильностью
До операции После операции ТЭП Нестабильность
ТЭП на 1-3 сутки на 10-14 сутки через 3 месяца после ТЭП
0,415±0,03 1,052±0,036 1,367±0,054 1,544±0,036 1Д34±0,032 1,382±0,052
ИРПП 100% 253±12,65 % 329±16,45 % 372±18,6 % 297±4,85 % 333±16,65 %
п=25 п=18 п=18 п=18 п=10 п=53
0,317±0,04 0,978±0,037 1,046±0,023 1,625±0,032 1,16±0,038 1,571±0,072
ИРВП 100% 309±15,45 % 330±16,5 % 513±26,65 % 366±18,3 % 496±24,8 %
п=25 п=18 п=18 п=18 п=10 п=53
0,023±0,001 0,08±0,015 0,122±0,004 0,148±0,003 0,098±0,003 0,162±0,012
ИРКП 100% 348±17,4 % 530±26,5 % 643±32,15 % 426±21,3 % 704±35Д %
п=25 п=18 п=18 п=18 п=10 п=53
Примечание: содержание ИРПП выражали в единицах индексов окисления - отношение оптических плотностей в изопропанольной фазе Е232/Е220;. ИРВП - отношение оптических плотностей в изопропанольной фазе Е278/Е220; ИРКП - отношение оптических плотностей в изопропанольной фазе Е400/Е220. Различия во всех группах сравнения достоверны (р < 0,05), кроме р3-5; р3_й>0,05 (для ИРПП); р4-б>0,05 (для ИРВП).
При благоприятном течении без осложнений уровень повышения всех категорий липоперок-сидов снижался к 10-14-м суткам ниже доопе-рационного уровня и далее продолжал снижаться к третьему месяцу после операции, сохраняясь пониженным по сравнению с дооперацион-ным уровнем, но все еще повышенным по отношению к группе контроля.
У пациентов с последующим развитием нестабильности эндопротеза содержание в сыворотке крови всех категорий липопероксидов было выше во все изучаемые сроки наблюдения, чем у пациентов с благоприятным течением послеоперационного периода. Содержание первичных, вторичных и конечных продуктов перекисного окисления липидов продолжало нарастать до 10-14-х суток с незначительным снижением к третьему месяцу после операции. При развитии нестабильности компонентов эндопротеза уровень содержания всех категорий липопероксидов в сыворотке крови повышался в динамике и превышал доопе-
рационный. Наибольшее повышение отмечалось в отношении конечных изопропанолрастворимых липопероксидов - в 7,04 раза по сравнению с группой контроля.
Проанализировав динамику изменения после тотального эндопротезирования гептанраствори-мых продуктов ПОЛ нами была выявлена идентичная направленность изменений содержания гептанрастворимых продуктов в сыворотке крови изопропанолрастворимым при благоприятном течении послеоперационного периода и нестабильности. Но изменения содержания гептанрс-творимых продуктов были менее значительны, процентное повышение их содержания по сравнению с группой контроля было менее выраженное, чем у изопропанолрастворимых ПОЛ.
Исследование антиокислительной активности произведено у тех же групп пациентов, на тех же сроках. Как представлено в таблицах 3 и 4, уровень АОА также отличался у пациентов при благоприятном течении и развитии нестабильности.
Таблица 3
Уровень антиокислительной активности сыворотки крови у больных с благоприятным течением после тотального эндопротезирования по поводу деформирующего остеоартроза
АОА Контрольная группа Пациенты с благоприятным течением
До операции ТЭП После операции ТЭП
на 1-3 сутки на 10-14 сутки через 3 месяца
АОА I 97±4,85 100 % (п=25) 114±5,7 118+5,9 % (п=248) 144±7,2 148,5+7,46 % (п=248) 166±8,3 171+8,55 % (п=248) 120±6,03 123+6,15 % (п=140)
АОА II 91,5±4,58 100 % (п=25) 110+5,5 120+6,1 % (п=248) 195+9,75 213+10,65 % (п=248) 258+12,9 282+14,11 % (п=248) 162+8,11 177+8,85 % (п=140)
Примечание: содержание АОА 1 выражали в единицах индексов окисления - отношение оптических плотностей в изопропаноль-ной фазе Е232/Е220;. Содержание АОА 2 - отношение оптических плотностей в изопропанольной фазе Е278/Е220. Различия во всех группах сравнения достоверны (р<0,05), кроме р1_2; р2.5>0,05 (для АОА I); р1_2; р3-5>0,05 (для АОА II).
Таблица 4
Уровень антиокислительной активности сыворотки крови у больных с нестабильностью после тотального эндопротезирования по поводу деформирующего остеоартроза
АОА Контрольная группа Пациенты с нестабильностью
До операции ТЭП После операции ТЭП Нестабильность после ТЭП
на 1-3 сутки на 10-14 сутки через 3 месяца
АОА I 97±4,85 100 % (п=25) 113+5,65 116+5,8 % (п=18) 138,1+6,91 142,3+7,12 % (п=18) 105,5+5Д8 109+5,45 % (п=18) 110+5,5 113,4+5,67 % (п=48) 64+3,2 66+3,3 % (п=53)
АОА II 91,5±4,88 100 % (п=25) 108+5,4 118+5,9 % (п=18) 186,6+9,33 20^+10,2 % (п=18) 124+6Д 135,5+6,78 % (п=18) 150+7,5 155+7,75 % (п=10) 65+ЗД5 67+3,35 % (п=53)
Примечание: содержание АОА 1 выражали в единицах индексов окисления - отношение оптических плотностей в изопропаноль-ной фазе Е232/Е220;. Содержание АОА 2 - отношение оптических плотностей в изопропанольной фазе Е278/Е220. Различия во всех группах сравнения достоверны (р<0,05), кроме р1-2; р1-4; р1-5; р2-4; р2-5; р4-5> ,05 (для АОА I); р1-2>0,05 (для АОА II).
Согласно полученных нами данных, при исследовании как АОА 1, так и АОА 2 сыворотки крови у пациентов обеих групп до операции данные показатели превышали соответствующие значения в группе здоровых (группа контроля).
Выявлена различная динамика уровня антиокислительной активности в постоперационном периоде у пациентов с благоприятным течением и с развитием нестабильности компонентов эндо-протеза в последующем: повышение уровня АОА на 10-14 сутки наблюдалось при благоприятном течении послеоперационного периода; у пациентов с нестабильностью компонентов эндопротеза повышение уровня антиокислительной активности выявлялось на 1 -3 сутки и носило кратковременный характер с последующим быстрым снижением. При развитии нестабильности уровень антиокислительной активности резко падал даже по сравнению с группой контроля - в 1,49 раз для АОА 1 и в 1,47 для АОА 2.
Выявленные нами изменения в системе «ПОЛ-АОС» после операции первичного тотального эн-допротезирования как при благоприятном течении, так и при развитии нестабильности компонентов эндопротеза на ранних сроках после операции, вероятно, связаны с влиянием операционной травмы и являются общебиологической реакцией на операционную травму как «стресс-фактор». В дальнейшем же при благоприятном течении послеоперационного периода мощность антиоксидант-ной системы достаточна для подавления гиперпродукции изопропанолрастворимых и гептанраство-римых липопероксидов, в результате чего не происходит тотального повреждения клеточных мем-
бран и восстановительные процессы протекают более интенсивно, что приводит к восстановлению равновесия в системе. При хронической травмати-зации периартикулярных тканей происходит нарастание выраженности асептического воспалительного процесса, развивается фагоцитарная активация с гиперпродукцией активных форм кислорода, гиперпродукцией провоспалительных цитокинов. В этих условиях мощности антиоксидантной системы «не хватает», чтобы подавить «лавинообразный» рост всех категорий липопероксидов в результате чего отсутствует стабилизация в системе «ПОЛ-АОС» и развивается «окислительный стресс», приводящий к суммации повреждающего действия активных кислородных субстанций, нарастанию необратимых повреждений клеточных мембран, гипоксии и прогрессированию асептического воспалительного процесса, что, вероятно, и приводит к развитию нестабильности имплантатов. Исследование динамики изменения содержания всех категорий липопероксидов на фоне параллельного изучения суммарной антиокислительной активности как до, так и на протяжении длительного срока после тотального эндопротезирования, при благоприятном и осложненном нестабильностью имплантов течении в сроки до 5 лет после операции ранее не проводились в России и за рубежом. Данное исследование имеет для практической медицины большое не только диагностическое значение, но и необходимо для разработки рекомендации по созданию схем антиоксидантной терапии в послеоперационном периоде с целью профилактики этого осложнения тотального эндо-протезирования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Таким образом, полученные нами данные показали, что у пациентов с деформирующим остео-артрозом тазобедренного сустава значительно повышен уровень липопероксидации. Выявлена зависимость развития нестабильности компонентов эндопротеза после тотального эндопротезиро-вания у больных деформирующим коксартрозом на фоне прогрессивно нарастающего значительного увеличения содержания первичных, вторичных и конечных продуктов липопероксидации, снижения аскорбатиндуцированного ПОЛ.
При развитии нестабильности компонентов эндопротезов мощности АОА I и АОА II сыворотки крови было недостаточно для блокирования лавинообразного нарастания ПОЛ:
- уровень содержания всех категорий липо-пероксидов в сыворотке крови повышался в динамике до 333-704 % по отношению к группе контроля;
- активность аскорбат-индуцированного ПОЛ снижалась, составляя лишь 66 %, (АОА I) и 67 % (АОА II) от группы контроля.
ВЫВОДЫ
1. Сдвиги содержания продуктов ПОЛ, АОС достоверно различаются у пациентов с благоприятным течением, у пациентов с последующим развитием нестабильности и у пациентов при кли-нико-рентгенологически доказанной нестабильности эндопротеза.
2. Сопоставительный анализ клинико-рентгенологических и биохимических признаков показал их высокую значимость при сочетанном
применении для повышения уровня ранней диагностики нестабильности эндопротеза тазобедренного сустава.
3. Разработанные биохимические критерии позволяют в совокупности с клинико-рентгено-логическими данными достоверно установить наличие нестабильности компонентов эндопротеза после их имплантации по поводу деформирущего коксартроза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Оценка микроциркуляции нижних конечностей у пациентов с патологией суставов до и после эндопротезирования / Л. М. Бу-латецкая [и др.] // Бюл. НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН. 2003. Т. 4, № 11. С. 43-44.
2. Экспериментальное моделирование и лабораторная оценка адаптивных реакций организма / И. А. Волчегорский [и др.]. Челябинск : Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2000. 167 с.
3. Спектрофотометрическое определение конечных продуктов перекисного окисления липидов / Е. И. Львовская [и др.] // Вопр. мед. химии. 1991. №> 4. С. 92-94.
4. Львовская Е. И. Процессы перекисного окисления липидов в норме и особенности протекания ПОЛ при физических нагрузках. Челябинск, 2005. 88 с.
5. Львовская Е. И. Нарушение процессов липидной пероксидации при термической травме и патогенетическое обоснование лечения антиоксидантами из плазмы крови : дис... д-ра мед. наук. Челябинск, 1998. 261 с.
6. Носкова А. С. Длительная перфузия коленных суставов при остеоартрозе и ревматоидном артрите : автореф. дис. канд. мед. наук. Ярославль, 2004. 22 с.
7. Применение деларгина в качестве цитопротекторной защиты при цементном эндопротезировании крупных суставов нижних конечностей / С. А. Первухин [и др.] // Травматология и ортопедия : современность и будущее : материалы междунар. конгресса. М., 2003. С. 130-131.
8. Динамика микроциркуляции в нижних конечностях у пациентов с патологией суставов до и после хирургического лечения/ В. М. Прохоренко [и др.] // Современные технологии в травматологии и ортопедии : ошибки и осложнения - профилактика, лечение : материалы междунар. конгресса. М., 2004. С. 137-138.
9. Тарусов Б. Н. Основы биологического действия радиоактивных излучений. М., 1954. 130 с.
10. Чорний С. И. Нарушения микроциркуляции при эндопротезировании крупных суставов нижних конечностей: автореф. дис. .канд. мед. наук. Новосибирск, 2005. 26 с.
11. Kowanko I. C., Bates E. J., Ferrante A. Mechanisms of human neutrophil mediated cartilage damage in vitro : The role of lysosomal enzymes, hydrogen peroxide and hypochlorus acid // Immunol. Cell Biol. 1989. Vol. 8. P. 426-435.
Рукопись поступила 05.03.09.
Сведения об авторах:
1. Истомин Сергей Юрьевич - ординатор травматолого-ортопедического отделения МУЗ ГКБ № 3 г. Челябинска (пр. Победы, 287); тел. раб.: +73517499611, тел. дом.: +73517939225, мобильный +79058369086; e-mail: [email protected];
2. Дрягин Виталий Геннадьевич - к.м.н., заведущий травматолого-ортопедическим отделением МУЗ ГКБ N° 3 г. Челябинска (пр. Победы, 287); тел. раб. +73517412367; e-mail: [email protected];
3. Сумная Дина Борисовна - д.м.н., профессор кафедры биохимии ФГУ ВПО «Уральский Государственный университет физической культуры»; e-mail:[email protected]
4. Атманский Игорь Александрович - д.м.н., профессор, заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии ГОУ ВПО «ЧГМА»; e-mail: [email protected];
5. Львовская Елена Ивановна - д.м.н., профессор, заведующая кафедрой биохимии ФГУ ВПО «Уральский Государственный университет физической культуры»; [email protected];
6. Садова Валентина Алексеевна - к.м.н., старший преподаватель кафедры адаптивной физической культуры и медико-биологической подготовки ГОУ ВПО «Южно-Уральский Государственный Университет»; e-mail: [email protected].
