CC BY
16
организацию компонентов коленного сустава - суставного хряща, менисков и капсулы. В условиях длительного действия - 7 дней, деструктивных и воспалительных изменений в коленном суставе не выявлено. Исследованный препарат имеет преимущество перед другими препаратами антисептиками местного действия и может быть использован в условиях хирургического лечения суставов.
Ключевые слова: крысы, коленный сустав, декаметоксин, гистология.
SHORT- AND LONG-TERM EFFECTS OF DECAMETHOXIN (DECASAN'1 ANTISEPTIC ON STRUCTURAL COMPONENTS OF THE KNEE JOINT UNDER CONDITIONS OF INTRA-ARTICULAR ADMINISTRATION (EXPERIMENTAL STUDY)
Degtyar V. A., Degtyar A. V., Dedukh N. V., Nikolchenko O. A.
Abstract. The problem of infectious complications in traumatology and orthopedics is still relevant, despite the widespread use of various schemes of antibiotic therapy. In the presence of a periprosthetic infection or arthroscopic intervention, local action antiseptics are important. However, the majority of antiseptics, exerting a bactericidal effect, affect the vital activity of the cells of the surrounding tissues.
The purpose of the study was to determine the effect of local antiseptics of decamethoxin (Decasan*) on the condition of the knee joint in rats.
Object and methods. Two series of experiments were carried out on 20 white laboratory rats: animals were injected into the knee joint with 0.1 ml of physiological saline (control) or 0.1 ml of decasan (0.1 ml of Decasan® solution contains 0.02 mg of decamethoxin) (experience). Animals were killed by overdose of the ether after 1 hour and 7 days after daily administration of the decasan or physiological solution (5 times). The knee joints were examined histologically. The objects of the microscopic examination were articular cartilage on the femoral and tibia, meniscus and capsule of the knee joint.
Results. The structure of the joint components did not differ on the terms 1 and 7 days after the injection of Decasan®. Congruence of articular surfaces is not disturbed. The surface of the articular cartilage is smooth, the zonal organization is preserved, that is, chondrocytes with characteristic phenotypic features form three zones of uncalcified cartilage. In the surface zone, cells have an elongated shape, located in 1-2 balls. Chondrocytes in the intermediate zone have rounded nuclei, located in capsules. clusters of cells or chondrons are absent. In the deep zone, chondrocytes form columns of 2-3 cells. The matrix was uniformly colored, fibrillation areas were not detected. In calcified cartilage hypertrophied chondrocytes are located in expanded capsules, and there are empty capsules that are characteristic of this zone of articular cartilage. According to the ORSI classification, a similar pattern of articular cartilage is characteristic of the 0 stage, that is, the norm, arthrosis manifestations at the late stage of the study have not been noted. Destructive changes in the cells and matrix in the meniscus and joint capsules were not detected. However, in the case of repeated administration of the physiological solution into the joint cavity, changes are noted in both the articular cartilage and in the synovial membrane. In the articular cartilage in the surface layer, along with chondrocytes with picnotic nuclei, hypertrophied chondrocytes were found due to edema. In the synovial membrane increased density of fibroblasts, significant areas occupy cells of the mononuclear series. That is, there is a chronic inflammatory process.
Conclusion. It has been revealed that Decasan* does not violate the organization of the components of the knee joint - articular cartilage, menisci and capsule. Under the conditions of long-term action - 7 days, destructive and inflammatory changes in the knee joint were not detected. The investigated drug has an advantage over other antiseptic drugs of local action and can be used in the conditions of surgical treatment of joints.
Key words: rats, knee joint, decamethoxin, histology.
Рецензент - проф. брошенко Г. А.
Стаття надшшла 24.03.2019 року
DOI 10.29254/2077-4214-2019-1-2-149-290-299
УДК 616.71+616.71-018.3]-003.93:616.72-001-031.25:612.08
1Омельченко Т. М., 1Бур'янов О. А., 2Дедух Н. В., 3Лябах А. П., 1Черновол П. А., 1Натрус Л. В. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВИКОРИСТАННЯ МЕТОД1В РЕГЕНЕРАТОРНОЙ' МЕДИЦИНИ ПРИ ВНУТР1ШНЬО СУГЛОБОВИХ К1СТКОВО-ХРЯЩОВИХ ДЕФЕКТАХ 1Нац1ональний медичний ушверситет ¡меш О.О. Богомольця МОЗ УкраТни (м. Кшв) 2ДУ «1нститут геронтологи 1мен1 Д.Ф. Чеботарьова НАМН УкраТни» (м. КиТв) 3ДУ «1нституттравматологи та ортопедп НАМН УкраТни» (м. КиТв)
Зв'язок публшацм з плановими науково-до- i виникають сумкно з переломами або ушкоджен-
слщними роботами. Робота виконана в межах на- нями капсульно-зв'язкового апарата суглоба. Вна-
уково-дослщницьк°Т роботи кафедри травматолог11 слщок переважання кл^чних симптом!в ушкоджен-
та ортопедп Нацюнального медичного ушверситету ня к!сток або зв'язкового апарата, остеохондральн! iменi О.О. Богомольця: «Система вщновного лтуван-
..... . . ушкодження часто залишаються не д!агностованими
ня та реабшггацп пац!ент!в з наслщками уражень го-
м„ „„„„„»„..г.- ! виявляються в тзшх стад!ях, коли консервативне л!-
мтковостопного суглоба», № державно! реестрацп м ' г
0115U000697, термш виконання 2015-2018 рр. кування не дозволяе у<:унути больовий с^др^ шд-
Вступ. В переважнш бтьшосл випадтв остеохон- новити структуру та функцш ураженого суглоба. При дральш порушення мають травматичне походження цьому зона мстково-хрящового дефекту поступово
збтьшуеться з прогресуванням деструктивно-деге-неративних процеав в суглобi [1-5].
Сучасний комплекс регенеративних технологiй у лтуванш дано'| категорп пацieнтiв включае хiрургiч-нi методи в поеднаннi 3i застосуванням клiтинних i тканинних технологш, що сприяе прискоренню пролiферацiï та диференщацп клiтин ураженоУ тканини, активаци Ух метаболiзму, створеннi умов для вщновлення кровопостачання у прилеглш кiстковiй тканинi та оптимiзацiï функцюнальних умов ново-утвореного регенерату. Серед реконструктивно-вщ-новних хiрургiчних метс^в, найбтьш ефективними е артроскопiчний або вщкритий дебрщмент, вида-лення вiльних хондральних або остеохондральних тт, лаваж, проведення абразивно! хондропластики (шейверування, вапоризацiя), мтрофрактуринг або тунелiзацiя шстковоУ тканини в зон дефекту, остео-хондральна аутотрансплантащя (мозаУчна остео-хондропластика) [2-11]. Ефективними методами, що дозволяють стимулювати метаболiзм та регенеращю мстково-хрящовоУ тканини, прискорити диференци ацiю та рiст клп"ин ушкоджених тканин, прискорити загоення дефекту, сприяють повноцшнш штеграци кiстково-хрящового регенерату до ложа дефекту та зменшують прогресування дегенеративного про-цесу в суглобi е застосування аутолопчноУ плазми збагаченоУ тромбоцитами (PRP, platelet rich plasma) та використання мезенхiмальних стовбурових клiтин (BMDCT, Bone marrow-derived cell transplantation) [711]. Дотепер вказан методи широко застосовуються як елементи регенераторноУ терапп у разi ушкоджень мстково-хрящовоУ тканини, сухожильно-м'язового та капсульно-зв'язкового апарата. Однак недостатня доказова база, щодо впливу даних методiв лтуван-ня, обумовлюе суперечливiсть поглядiв на Ух застосування, а також численш дискуси щодо отриманих результат за використанням зазначених методiв ли кування [7,9,10,11]. Вищевказане, спонукало нас до проведення експериментального дослщження застосування PRP та BMDCT при лтуванш внутршньо-суглобових остеохондральних пошкоджень.
Мета роботи: за даними морфолопчного досли дження в експериментi на лабораторних тваринах оцшити ефективнiсть застосування PRP та BMDCT при лтуванш внутршньо суглобових остеохондральних ушкоджень.
Об'ект i методи дослiдження. Вщповщно до мети дослiдження було проведено 4 серп експерименлв, якi виконаш на 32 кролях (жива маса 3800 - 4200 г) по 8 тварин в кожнш серп. Вт тварин до початку екс-перименту був 11-12 мiсяцiв [12].
1 серiя - контрольнi тварини, вщтворювали стан-дартний дiрчастий (3 мм) остеохондральний дефект на медiальному виростку стегновоУ кiстки глибиною 5 мм (8 об'емчв дослiдження).
2 серiя - контрольнi тварини. Остеохондральний дефект заповнювали колагеново^бриновою матрицею (8 об'еклв дослiдження).
3 серiя - дослiднi тварини. Остеохондральний дефект заповнювали ауто плазмою збагаченою тромбоцитами (PRP) у колагеново^бриновш матриц (8 об'ектiв дослiдження).
4 серiя - дослiднi тварини. Остеохондральний дефект заповнювали пунктатом шсткового мозку
(BMDCT) у колагеново^бриновш матриц (8 об'еклв дослiдження).
У якост матриц використано «Тахокомб» (вироб-ництво Takeda), пластина якого з одного боку вико-нана колагеном I типу з сухожилку коня, а з шшого боку на колагенову матрицю нанесено люфшзова-ний людський фiбриноген, тромбiн, апротинiн та ри-бофлавш.
При контактi колагеново^бриново'| матрицi з поверхнею дефекту, активуеться перетворення фи бриногена в фiбрин, що супроводжуеться значною адгезiею матрицi до ложа дефекту. В подальшому вiдбуваеться полiмеризацiя фiбринового покриття з утворенням еластичного герметичного тканинного каркасу, що закривае дефект. За даними виробника упродовж 4-6 тижшв вщбуваеться повна бюдеграда-щя колагеново^бриново'| матрицi. Асептичнi влас-тивостi пластини закладенi в технолопчних процесах ii виробництва.
Хiрургiчне втручання проводили пщ кетамшовим наркозом (100-150 мг) з мкцевою анестезiею 0,5% розчином новокашу. Тварин фiксували на опера-цiйному столi. Пiсля пщготовки операцiйного поля скальпелем виконували розрiз шкiри передньоме-дiальноí поверхнi колшного суглоба. Розсiкали м'як1 тканини, бором вщтворювали остеохондральний дефект в медiальному виростку стегново'| кiстки критичного розмiру дiаметром 3 мм глибиною 5 мм. Шпицею виконували тунелiзацiю виростка з дефекту.
Плазму збагачену тромбоцитами отримували наступним чином. В шприц об'емом 5 мл набирали цитрат (CPDA-1, Citrate Phosphate Dextrose Adenine Solution) об'емом 0,5 мл. Наступним етапом виконували iнтракардiально (до 5 мл) вiдбiр кровк ^сля цього 0,5 мл отримано'| сумЫ забирали для проведення загального аналiзу кров^ а шшу частину (4,5 мл) центрифуговали (ELMI Centrifuge CM-6 MT, Sky line) за наступним режимом: 1000 оберлв за хвилину на протязi 5 хвилин. ^сля завершення центрифугу-вання виконувався забiр плазми.
Пунктат юсткового мозку отримували шляхом його астрацп з вертлюгово'| дiлянки стегново'| шстки кролiв в об'емi 0,5-1 мл.
Тварини вах серiй були виведеш з експерименту на 40 добу шляхом введення в одну з вушних вен 0,51.0 мл 10% розчину тюпенталу натрiю. Вибiр цього термiну дослiдження для дефемчв критичного роз-мiру пов'язаний з тим, що тшьки в умовах стимуляци репараци можлива повна регенеращя шстково-хря-щових структур [12].
Роботу з тваринами виконували вщповщно до правил £вропейсько'| конвенци про гуманне ставлен-ня до лабораторних тварин, як використовують для експериментальних та шших наукових цiлей [13], а також вщповщно до Законодавства Украши [14]. План експериментальних дослiджень був затвер-джений Комiтетом з бюетики при Нацiональному медичному унiверситетi iменi О.О. Богомольця вiд 01.09.2016 р.
На вах етапах експерименту оцшювали рухову активнiсть кролiв, особливостi харчування i опорос-проможнiсть кiнцiвки з дефектом. На 1-5 добу тварини берегли кшщвку, а повне навантаження було зафтсовано тсля 5 дiб. На етапах експерименту харчування тварин не було порушено.
Макроскопiчний аналiз стегново'| кiстки з дефектом проводили шсля виведення тва-рин з експерименту в процеа пiдготовки ма-терiалу до фтсаци.
Пстолог'чна проводка матер>алу. Kiox-ки фтсували в 10% розчинi нейтрального формалшу, декальцинували в 5% розчин1 азотно'| кислоти, зневоднювали в спиртах зростаючо'| мiцностi (вiд 60° до 96°), а також в сумш етилового спирту з дiетиловим ефи ром (у спiввiдношеннi 1:1). Зразки укладали в целощин, блоки ущшьнювали в густому целощиш пiд парами хлороформу. Виго-товляли зрiзи товщиною 7-10 мкм, якi фар-бували гематоксилшом i еозином, а також ткрофуксином за ван Гiзон [15]. Аналiз i фотографування матерiалу проводили шд мiкроскопами «AxioStar Plus» i «MICROS». При мтроскотчному аналiзi дослщжували дiлянку дефекту i прилеглу материнську шст-ку та суглобовий хрящ.
Морфометричний анал'з проводили для визначення характеру та структури регенерату, його штеграци до оточуючих тканин, оцшки вм^у клп"инних структур та некл^ин-них елементiв, що сформувалися в дефект в рiзних серiях експерименту з використанням модифiкованоí шкали рекомендовано'! Коми тетом мiжнародноí сшлки регенераци хряща (SCRS) (табл. 1) [16,17].
Зпдно з рекомендацiями SCRS висока оцшка (18) застосовуеться до результату по-вноí регенераци, тобто формування палшо-вого хряща в дшянки дефекту, а найменша оцшка (0) - у разi порушення регенераци. Бали не пiдсумовуються; кожна градащя рахуеться та порiвнюеться окремо [16].
Результати дослщження та Тх обговорення
1 серiя (контроль). За макроскопчним досл>-дженням дтянка дефекту чпжо визначалася у ви-глядi поглиблення на поверхнi суглобового хряща i вiдсутностi блиску в прилеглих до дефекту областях.
Таблиця 1.
Пстолопчна оцшка регенераци суглобового хряща в кктково-хрящовому дефектi, стану суглобового хряща та губчастоТ кктковоТ тканини навколо дефекту за шкалою оцшки SCRS [16] в нашш модифшацп
Дослщжеш показники
I. Поверхня:
- гладка
- з невеликими узурами
- нерегулярна_
II. Тканини регенерата: палиновий хрящ палшовий/волокнистий хрящ волокнистш хрящ сполучна тканина
Ill. Розподт кл^ин в регенерат!
колонками
колонки/кластери
кластери
дезоргашзащя
IV. Стан прилеглого до дефекту суглобового хряща нормальний
нерiвномiрний розподт клiтин невелик дiлянки матриксу без клiтин значн дiлянки матриксу без клiтин
V. Зв'язок регенерату з краями дефекту суглобового хряща. Структурна штегровашсть:
повна
часткова (50 %) часткова (нжче 50 %)
ящсутшз................................................................................
VI. Субхондральна кiстка: нормальна оргашзац1 пiдвищене ремоделювання деструктивнi змiни/ грануляцшна тканина раз'еднання кiсткових трабекул, перелом
Бали
На шших вiддалених дтянках, суглобовий хрящ мав характерний блиск, порушень будови у виглядi еро-зiй не було виявлено.
Мiкроскопiчно крайовi вiддiли суглобового хряща не на всш ширинi були спаян вузькою смужкою регенерату (рис. 1 А, Б). Конгруентшсть суглобового хряща порушена за рахунок формування поглиблень над дтянкою дефекту. Дтянка травматичного ушко-
Рис. 1. А) Дтянка кктково-хрящового дефекту, заповнена сполучною тканиною. Гематоксилш та еозин. Зб.40. Б) Збшьшений фрагмент рис. 1 А. Розширеш кровоносш судини. 1 сер|я. Гематоксилш та еозин. Зб. 100.
Рис. 2. А. Суглобовий хрящ з низькою щшьшстю та нершномфним розташуванням хондроцилв в делянки, що прилягае до дефекту. Б. Хондроцити з лизисом та шкнозом ядер. 1 сер^я. Гематоксилин та еозин. А. Зб. 100. Б. Зб. 200.
дження в суглобовому хрящ^ що проникае в кiсткову тканину, заповнена трьома видами тканин - грану-ляцшною з розширеними кровоносними судинами I незртими сполучнотканинними кл^инами, а також сполучною тканиною з високою щiльнiстю фiбро-бластiв, що межувала з невеликими вогнищами волокнисто! хрящовоТ тканини (рис. 1 А, Б). Остання розташовувалася в субхондральних дтянках, приле-глих до материнського суглобового хряща.
Сполучна тканина в дтянки дефекту характеризу-валася високою щшьшстю клiтин фiбробластичного диферона, розташованих серед рiзноспрямованих пучкiв колагенових волокон. Кл^ини мали рiзну форму ядер - вщ подовжено! до овально!, вони роз-рiзнялися обсягом цитоплазми.
У поверхневому вщдЫ переважали клп"ини з невеликими округлими базофтьними ядрами. Щшь-нiсть кл^ин в поверхневiй зонi була значно вище, нiж у нижче розташованих дтянках дефекту. Без-посередньо пщ суглобовим хрящем, прилеглим до
дефекту, виявлено розширеш кровоноснi судини. У таких дтянках суглобовий хрящ мав низьку щтьшстю хондроцилв iз нерiвномiрним розташуванням. Бiльшiсть клiтин мали ядра з ознаками ткнозу.
На прилеглих до дефекту дтянках суглобового хряща конгруентшсть була порушена, велит поля були без хондроцилв або присутш хондроцити з ли зисом або ткнозом ядер (рис. 2 А, Б).
Мсткова тканина, що прилягала до дтянки травматичного ушкодження, формувала великопетлясту мережу, що складалася з шсткових трабекул, як роз-рiзнялися товщиною, деякi з них були з мтроперело-мами. Щтьшсть остеоцитiв на поверхнi трабекул та остеобласлв по Тх крайово! поверхнi була низькою. Кiстковi трабекули, як прилеглi безпосередньо до дефекту, на дтянках були без остеоцилв. У глибоких вщдтах дефекту мiж кiстковими трабекулами виявлено грануляцшну тканину з округлими незрiлими сполучнотканинними кл^инами та високою щтьшс-тю судин з розширеними просвiтами. У одше! твари-
Рис. 3. Дшянка травматичного ушкодження суглобового хряща. А) Поля сполучноУ тканини, розширеш кровоносш судини, кистопод^бш порожнини, залишки колагеново-ф^бриновоТ матрица. Кктков^ секвестри. Б) Щшьна сполучна тканина в крайовому вщдЫ дефекту з рщко розташованими ф^бробластами. 2 сер^я. Гематоксилин та еозин. А) Зб. 100. Б) Зб. 200.
Рис. 4. А) Суглобовий хрящ над дшянкою травматичного ушкодження. Велик дшянки без клггин. Шкноз хондроцилв. Б) Грануляцшна тканина в дшянщ ккткового дефекту. Розширеш кровоносш судини. 2 сер^я. Гематоксилин та еозин. Зб. 100.
ни в зон дефекту виявлено вузьк поля грануляцшно! тканини з розширеними кровоносними судинами в глибоких вщдшах i велит вогнища кл^инного i тка-нинного детриту.
2 сер'!я. Макроскопмш досл'дження. Дтянка дефекту в суглобовому хрящi чп"ко визначалась, конгру-ентшсть суглобового покриття, прилеглого до дефекту, була порушена, спостеркали втрату характерного блиску.
Мiкроскопiчнi досл'дження. Крайовi вщдми суглобового хряща, що прилягають до вiдтвореного дефекту, спаян вузькою смужкою сполучно! тканини, що складаеться з щшьних пучшв колагенових волокон iз рщко розташованими мiж ними фiброблас-тами (рис. 3. А, Б).
Губчаста мсткова тканина в зош травматичного ушкодження з деструктивними змшами мстко-
вих трабекул. Репаративний остеогенез виражений слабо. Виявлено лише осередки остео!да та мстков1 нашарування на поверхш трабекул. В дiлянках дефекту виявлено поля грануляцшно! та пухко! сполучно! тканини з тонкими пучками колагенових волокон, поодинокими фiбробластами помiж них та розширеними кровоносними судинами (рис. 4. А, Б). Мiж сполучною тканиною розташовувалися мстков1 секвестри i кiстоподiбнi порожнини з гомогенним вмiстом. В дефект зберiгались невеликi фрагменти колагеново^бриново! матрицi.
Суглобовий хрящ, що прилягае до дшянки дефекту, на значнш територп без хондроцитiв (рис. 4 А). На вщсташ вщ дефекту щiльнiсть хондроцитiв була низька, бiльшiсть клiтин мали пiкнотичнi ядра. В таких дтянках позицiйно-специфiчна оргашзащя, що характерна для суглобового хряща, а саме, роз-
Рис. 5. А) Дшянка дефекту в суглобовому хрящу та губчастш кктковоУ тканини заповнена хондро'дом з високою щшьшстю ф^брохондроцилв \ хондробласпв. Др^бнопетляста мережа з ккткових трабекул, прилеглих до делянки травматичного ушкодження. Б) збшьшений фрагмент рис. А. Суглобовий хрящ, що прилягае до дефекту з високою щшьшстю хондроцилв. 3 сер^я.
Гематоксилин та еозин. А) Зб. 40. Б) Зб. 100.
Рис. 6. А, Б. Регенерат в дефект суглобового хряща. А) Поверхнева зона над дефектом. Ф^брохондроцити та хондробласти. Б) Хондробласти та поодинок хондроцити в глибокш дшянц дефекту. 3 сер^я. Гематоксилин та еозин. А) Зб. 400. Б) Зб. 1000.
подт на поверхневу, пром1жну та глибоку зони, була порушена.
3 сер'!я. Макроскопчш досл>дження. Поверхня суглобового хряща була конгруентна I мала характер-ний блиск за винятком дтянки дефекту.
За м'жроскопчним анал'зом в пол1 зору м1кроско-па визначали дтянку травматичного ушкодження, що проходила через суглобовий хрящ та просякала в субхондральну к1стку (рис. 5. А, Б). Вона була запо-внена палшовим хрящем, який щтьно контактував з крайовими вщдтами суглобового хряща, прилеглою субхондральною к1сткою та глибше розташованою губчастою к1стково тканиною.
Поверхня, що сформувалася над зоною дефекту, мала р1вн1 контури, складалась з тонких колагенових волокон, м1ж якими були рщко розташован1 витягну-тоТ форми ф1брохондроцити. Кл1тини мали витягнуту форму з вузькими базофильно забарвленими ядрами. Щтьшсть кл1тин в п1длеглому палшовому хрящ1 була висока. Виявлено хондробласти, як1 в1др1зняли-ся в1д ф1брохондроцит1в округлими або овальними ядрами, що мали ч1тко окреслен1 невелик! ядерця (рис. 5 Б). Поодинок1 хондроцити були оточен капсулою. Новоутворена хрящова тканина у вигляд1 п-ал1нового хряща щ1льно зрощена з фрагментами суглобового хряща, прилеглими до дтянки травматичного ушкодження, в якш виявлеш невелик! те-ритори без кл!тин або хондроцити, котр! формували ¡зогенн! групи. Як поблизу дтянки травматичного ушкодження, так й на вщсташ в1д неТ, суглобовий хрящ збер1гав характерну структурну орган1зац1ю. У ньому ч1тко визначалася поверхнева зона, що складалась з дектькох шар1в хондроцит1в, розташованих своеТ довгою в1ссю паралельно поверхн1. Колагенов1 волокна щ1льно прилягали одне до одного. Ознак Тх розшарування не було виявлено.
У пром1жнш I глибокоТ зонах суглобового хряща хондроцити збер1гали характерне розташування, пе-ребували в капсулах, мали базофтьш ядра, оточен1 вузькою цитоплазмою.
На вщсташ в1д зони травматичного ушкодження поверхня суглобового хряща збер1гала конгруент-шсть. Структурна орган1зац1я суглобового хряща на вщсташ в1д зони дефекту була не порушена. У по-
верхневий зон хондроцити мали витягнуту форму, були з характерними видовженими ядрами та довгою цитоплазмою. У пром1жнш та глибокш зонах суглобового хряща хондроцити мали округлу форму з ядрами, виконаними пухким хроматином. В ядрах кл1тин були присутш 1-2 ядерця. Кжтини розташову-валися в капсулах.
К1сткова тканина, що оточувала дтянку дефекту, була губчастоТ будови, складалася з шсткових трабе-кул, що формували др1бнопетлясту мережу. Щтьшсть остеоцит1в на поверхш к1сткових трабекул була високою.
4 сер'!я. За макроскопчним досл'дженням виявлено, що поверхня суглобового хряща була конгруентна. Дтянка дефекту визначалася за вщсутшстю характерного блиску.
М'жроскопнне досл>дження препарат1в п1д св1т-ловим м1кроскопом показало, що крайов1 в1дд1ли суглобового хряща були щтьно з'еднан1 регенератом у склад1 якого виявлено г1ал1нову хрящову тканину, з хондроцитами, що розташовувалися в капсулах та хондробластами (рис. 6). У склад1 регенерату пере-важали хондроцити. Кл1тини мали ппохромш округл1 ядра (рис. 7 А, Б). Така будова ядра свщчить про Тх функцюнальну активн1сть. М1ж ними розташовувалися невелик! прошарки ф!брохондроцит!в з вузькою довгою цитоплазмою. В крайовому в1дд1л1 дефекту щтьшсть ф!брохондроцит!в була низькою.
В суглобовому хрящ! поряд з дефектом (рис. 8 А, Б) були присутш невелик! дтянки без хондроцилв та ¡зогенн! групи клп"ин, однак Тх щтьшсть була значно нижче, шж в експериментальних тварин сери № 1 та тварин сери № 2.
На меж! м!ж мсткою та новоутвореним хрящем мало мкце щтьне з'еднання, а у дтянц! м!жтра-бекулярних простор!в субхондральноТ тстки роз-ташовувався прошарок грубоволокнистих мсткових трабекул, що в!дд!ляли регенерат. Губчаста тсткова тканина, прилегла до дефекту, була без деструктив-них порушень, мстков! трабекули формували щ!ль-ну мережу. На поверхш трабекул визначена висока щтьшсть остеоцилв, як! розташоваш в вузьких лакунах.
Рис. 7. А, Б. Новоутворена палшова хрящова тканина у дшянках дефектiв. А. Щiльне розташування хондроцилв. Хондроцити з гшохромними ядрами. Б. Iнтеграцiя регенерата з суглобовим хрящом. 4 серiя. Гематоксилiн та еозин. А) Зб. 100. Б) Зб. 200.
Для об'ектив1заци даних яккного пстолопчного досл1дження проведено оц1нку стану регенерату, суглобового хряща, що оточував к1стково-хрящовий дефект та губчастоТ к1стковоТ тканини навколо нього (табл. 2).
Анал1з результат1в досл1дження з використанням модиф1кованоТ шкали пстолопчноТ оц1нки регенерацп суглобового хряща показав, що палшовий хрящ пере-важав т1льки в регенерат! дослщних тварин сери № 3 та № 4, ¡стотного розшарування поверхш у цих тварин не виявлено, структурна ¡нтегровашсть була високою, щ1льн1сть суглобового хряща навколо краТв дефекту значно перевищувала показники контролю. Зв'язок регенерату з краями суглобового хряща, що оточував дефект, дослщжували практично на всш площ1 крайових вщдЫв суглобового хряща. Дегенеративш зм1ни хондроцит1в, в д1лянках суглобового хряща, прилеглих до дефекту. переважали у котрольних тварин. Перебудова субхондральноТ к1стки п1д зоною
дефекту статистично в1др1знялася у дослщноТ та контрольно! групами тварин. Шляхом статистично-го анал1зу проведено пор1вняння складових шкали морфометричноТ оц1нки в контрольн1й та дослщ-них групах та виявлено достов1рну р1зницю за ус1ма показниками в групах PRP та BMDCT пор1вняно з контрольними тваринами. Встановлено в1ропдну р1зницю м1ж PRP та BMDCT за показником - тканини регенерату та кл1тинного складу, у раз1 використання BMDCT ц1 показники переважали в 1,4 рази. В пор1внянн1 показник1в регенераци м1ж сер1ею № 1 та сер1ею № 2 статистично в1ропдш в1дм1нност1 були в1дм1чен1 в зв'язку регенерата з краями дефекту суглобового хряща, пщвищеш в серп № 2.
Таким чином, на 32 кролях було вщтворено трав-матичне ушкодження суглобового хряща у вигляд1 змодельованого повношарового к1стково-хрящо-вого дефекту. В контрольнш груш тварин (сер1я № 1) змодельоваш дефекти п1сля зак1нчення термш1в
Рис. 8. А, Б. Суглобовий хрящ поблизу дшянки травматичного ушкодження. А) Хондроцити розташованi в капсулах, мають базофiльнi ядра, оточенi вузьким общком цитоплазми. Б) Поверхнева та промiжна зона суглобового хряща з хондроцитами, що мають ппохромш ядра. 4 серiя. Гематоксилiн та еозин. А) Зб. 200. Б) Зб. 1000.
Пстолопчна оцiнка (в балах) регенерацп суглобового хряща та губчастоТ кктковоТ тканини в зонi кiстково-хрящового дефекта [16,17] за нашою модифiкацieю
Таблиця 2. му хрящi, були заповнеш щтьною,
Дослщжеш показ-ники Контроль 1 Контроль 2 PRP BMDCT
1. Поверхня регенерату 0 0,625±0,18 2,5±0,327 2,75±0,25
Статистична в/'рог/'дн/'сть P<0,001 P<0,001 Р1>0,05
II. Тканини регенерату 0.375±0.173 0, 5±0,189 1,875±0,295 2,625±0,183
Статистична в рог дн сть Р2 > 0,05 P<0,001 P < 0,001 Р1< 0,05
III. Розподш клiтин в регенератi 0.375±0.183 0,375±0,183 1,25±0,164 1,75±0,164
Статистична в рог дн сть Р2 > 0,05 P < 0,001 P < 0,001 Р1 < 0,05
IV. Стан прилеглого до дефекту суглобового хряща 0 0,25±0,164 1,625±0,183 1,75±0,164
Статистична в/'рог/'дн/'сть P < 0,001 P < 0,001 Р1 > 0,05
V. Зв'язок регенерата з краями дефекту суглобового хряща. Структурна штегро-вашсть 0,875±0,125 1,5±0,189 2,75±0,164 2,875±0,125
Статистична в рог дн сть P2<0,01 P<0,001 P<0,0 Р1>0,05
VI. Субхондральна кктка 0,75±0,164 1,0±0,189 2,5±0,189 2,625±0,183
Статистична в/'рог/'дн/'сть Р2 >0,05 P<0,001 P<0,001 Р1>0,05
Примггка: Р - порiвняно з контролем 2, Р1 контроль 1 з контролем 2.
дослщження чггко виявлялися на поверхш, а крайо-в1 в1дд1ли суглобового хряща були з'еднаш вузьким прошарком сполучно! тканини. В д1лянц1 губчато! к1стково! тканини дефект був заповнений грануля-ц1йною та сполучною тканиною. В суглобовому хрящ1 навколо дефекту, а також у вище та нижче розташо-ваних над дефектом дтянках, виявлено велик! те-ритори без кл1тин або поодинок1 р1дко розташован1 хондроцити з п1кнозом ядер. В зош дефекту, що проходить через шсткову тканину, к1стков1 трабекули, що його оточували, формували великопетлясту мережу з низькою щ1льн1стю остеоцит1в.
В серГ! № 2, де застосовували суто колагеново-ф1бринову матрицю для заповнення дефекта, на 40 добу в зош травматичного ушкодження суглобового хряща, що проникав в шсткову тканину, визначали грануляцшну та ф1брозну тканину з високою щшьшс-тю ф1бробласт1в, що межувала з вогнищами волокнисто! хрящово! тканини. В субхондральному в1дд1л1 регенерат представлено шстковими трабекулами, що формували великопетлясту мережу. У дослщнш груп1 тварин серп № 3, як1 отримували PRP, в д1лянц1 к1стково-хрящового дефекту заф1ксовано формуван-ня палшопод1бно! хрящово! тканини з хондроблас-тами, хондроцитами та фиброхондроцитами, як1 щ1льно заповнювала к1стково-хрящовий дефект. В досл1дн1й груш тварин сери № 4, де застосовували мезенх1мальш стовбуров1 кл1тини пунктату к1стково-го мозку, дефекти, що розташовувалися в суглобово-
PRP пор1вняно з BMDCT. Р2 - пор1вняно
добре розвинутою г1ал1нопод1бною хрящовою тканиною з високим сту-пенем и штеграци до кра!в дефекту. К1стков1 трабекули губчасто! к1стко-во! тканина, прилегло! до хрящового дефекту, формували др1бнопетлясту мережу.
За даними експериментальних дослщжень, що наведен в л1тера-тур1, не представлено даних щодо повного вщновлення суглобового хряща (тобто, формування структури - поверхнево!, пром1жно! та глибоко! зон в хрящу, що некальциф1куеться, та кальциф1кованого хряща з харак-терним розташуванням хондроци-т1в). В основному, в л1тератур1 е дан1, що без втручання в процес регене-рацп суглобового хряща в дтянках дефекту формуеться волокнистий хрящ або палшовий без характерно! позицшно! специф1чносп, яка е характерною для суглобового хряща [18,19,20]. У зв'язку з цим, отримаш даш, що п1д впливом PRP та пунктату к1сткового мозку в д1лянц1 остео-хондрального дефекту формуеться палшовий або значно наближений до нього хрящовий регенерат, з вщновлення структури субхондрально! шстково! тканини, ми розгляда-емо як позитивний результат. За даними л1тератури вщомо, що PRP стимулюе б1осинтез протеоглташв, колагену II типу, а мезенх1мальш стовбуров1 кл1тини, що м1стяться в пунктам к1сткового мозку, сприяють адгезп, кл1тинному забезпеченню зони дефекту, про-л1фераци, диференц1юванню хондроцит1в [18-21]. Все вищевказане розкривае вплив дослщжених ре-генеративних технолог1й в аспект! шдвищення ре-паративних потенц1й суглобового хряща та сшввщ-носиться з отриманими нами експериментальними даними, що доводить !х високу ефектившсть.
Висновок. На п1дстав1 отриманих експериментальних даних PRP та BMDCT може бути рекомендовано для клш1чного застосування при л1куванн1 пац1-ент1в з внутршньосуглобовими остеохондральними пошкодженнями та !х насл1дками.
Перспективи подальших дослiджень. Проведен-ня г1стох1м1чного анал1зу з визначенням формування в дшянки дефекту тишв колагену у раз1 використання PRP та BMDCT
Лгтература
1. Chodos MD, Schon LC. Osteochondral lesions of the talus: current treatment modalities and future possibilities. Current Opinion in Orthopaedics. 2006;17(2):111-6. DOI: 10.1097/01.bco.0000192893.19886.b2
2. Zengerink M, Struijs PA, Tol JL, Van Dijk CN. Treatment of osteochondral lesions of the talus: a systematic review. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2010;18(2):238-46. DOI: 10.1007/s00167-009-0942-6
3. Scranton Jr PE, Frey CC, Feder KS. Outcome of osteochondral autograft transplantation for type-V cystic osteochondral lesions of the talus. The Journal of bone and joint surgery. 2006;88(5):614-9. DOI: 10.1302/0301-620X.88B5.17306
4. Anders S, Goetz J, Schubert T, Grifka J, Schaumburger J. Treatment of deep articular talus lesions by matrix associated autologous chondrocyte implantation-results at five years. International orthopaedics. 2012;36(11):2279-85. DOI: 10.1007/s00264-012-1635-1
5. Badekas T, Evangelou E, Takvorian M. Treatment of Talar Osteochondral Lesions Using Local Osteochondral Talar Autograft-Long Term Results. In An International Perspective on Topics in Sports Medicine and Sports Injury. In Tech. 2012. DOI: 10.5772/26277
6. Evangelou E, Badekas T. Treatment of talar osteochondral lesions using local osteochondral talar autograft mid term results. Br J Sports Med. 2011;45(2):e1-e1. Available from: http://dx.doi.org/10.1136/bjsm.2010.081554.59
7. Van Dijk CN, Reilingh ML, Zengerink M, Van Bergen CJ. Osteochondral defects in the ankle: why painful? Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2010;18(5):570-80. Available from: https://doi.org/10.1007/s00167-010-1064-x
8. Giannini S, Buda R, Faldini C. Surgical treatment of osteochondral lesions of the talus in young active patients. J Bone Joint Surg Am. 2005;87(2):28-41. DOI: 10.2106/JBJS.E.00516
9. Giannini S, Buda R, Vannini F. One-step bone marrow derived cell transplantation in talar osteochondral lesions. Clin Orthop Relat Res. 2009;467:3307-20. DOI: 10.1007/s11999-009-0885-8
10. Mei-Dan O, Carmont MR, Laver L. Platelet-rich plasma or hyaluronate in the management of osteochondral lesions of the talus. Am J Sports Med. 2012;40:534-41. DOI: 10.1177/0363546511431238
11. Guney A, Akar M, Karaman I. Clinical outcomes of platelet rich plasma (PRP) as an adjunct to microfracture surgery in osteochondral lesions of the talus. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2015;23:2384-9. DOI: 10.1007/s00167-013-2784-5
12. Yoshioka M, Coutts RD, Amiel D, Hacker SA. Characterization of a model of osteoarthritis in the rabbit knee. Osteoarthritis and cartilage. 1996;4(2):87-98. DOI: https://doi.org/10.1016/S1063-4584(05)80318-8
13. Yevropeiska konventsiia pro zakhyst khrebetnykh tvaryn, shcho vykorystovuiutsia dlia doslidnykh ta inshykh naukovykh tsilei. Strasburh, 18 bereznia 1986 roku: ofitsiinyi pereklad [Internet]. Verkhovna Rada Ukrainy. Ofits. veb-sait. Mizhnarodnyi dokument Rady Yevropy. Dostupno: http:// zakon2.rada.gov.ua/laws/show/994_137 [in Ukrainian].
14. Verkhovna Rada Ukrainy. Zakon Ukrainy № 3447-IV vid 21.02.2006 «Pro zakhyst tvaryn vid zhorstokoho povodzhennia» [Internet]. Kyiv: Vidomosti Verkhovnoi Rady Ukrainy; 2006 [onovleno 2017 Serp. 04; tsytovano 2017 Hrud 11]. Dostupno: http://zakon5.rada.gov.ua/laws/ show/3447-15 [in Ukrainian].
15. Korzhevskij DE, Gilyarov AV. Osnovy gistologicheskoj tehniki. Pb.: SpecLit; 2010. 95 s. Dostupno: https://elibrary.ru/item.asp?id=21101387 [in Russian].
16. Mainil-Varlet P, Aigner T, Britenberg M, Bullough, Hollander A. Histological assessment of cartilage repair: a report by the Histology Endpoint. Committee of the International Cartilage Repair Society (ICRS). The Journal of Bone and Joint Surgery. 2003;85-A(2):45-57. DOI: 10.2106/00004623-200300002-00007
17. O'Driscoll SW, Marx RG, Beaton DE, Miura Y, Gallay SH, Fitzsimmons JS. Validation of a simple histological-histochemical cartilage scoring system. Tissue engineering, 2001;7(3):313-20. Available from: https://doi.org/10.1089/10763270152044170
18. Korzh NA, Dedukh NV, Zupanec IA. Osteoartroz: konservativnaya terapiya [monografiya]. Harkov: Zolotye stranicy; 2007. 424 s. [in Russian].
19. Cugat R, Carrillo JM, Serra I, Soler C. Articular cartilage defects reconstruction by plasma rich growth factors. Basic science, clinical repair and reconstruction of articular cartilage defects: current status and prospects. Bologna, Italy: Timeo Editore; 2006. p. 801-7.
20. Gobbi A, Bathan L. Biological approaches for cartilage repair. Journal of Knee Surgery. 2009;22(1):36.
21. Li H, Sun S, Liu H, Chen H, Rong X, Lou J, et al. Use of a biological reactor and platelet-rich plasma for the construction of tissue-engineered bone to repair articular cartilage defects. Experimental and therapeutic medicine. 2016;12(2);711-9. Available from: https://doi.org/10.3892/ etm.2016.3380
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВИКОРИСТАННЯ МЕТОД1В РЕГЕНЕРАТОРНО1 МЕДИЦИНИ ПРИ ВНУТР1ШНЬО СУГЛОБОВИХ К1СТКОВО-ХРЯЩОВИХ ДЕФЕКТАХ
Омельченко Т. М., Бур'янов О. А., Дедух Н. В., Лябах А. П., Черновол П. А., Натрус Л. В. Резюме. В експеримент на 32 лабораторних кролях оцшено ефектившсть застосування плазми, збагачено! тромбоцитами (PRP, platelet rich plasma) та мезенхiмальних стовбурових кл^ин (BMDCT, bone marrow-derived cell transplantation) сумкно з колагено^бриновою матрицею при лтуванш внутршньосуглобових остео-хондральних ушкоджень у виглядi повношарового дефекту. У якост контролю дослщжували дефект без за-повнення та при заповненш виключно колагено^бриновою матрицею. Пстолопчний та морфометричний аналiз проводили для визначення характеру та структури регенерату, його штеграцп до оточуючих тканин, оцшки вмiсту клп"инних структур та некл^инних елеменлв, що сформувалися в дефект в рiзних серiях ек-сперименту. Аналiз результат дослщження показав, що палшовий хрящ був присутнш тшьки в регенерат дослщних тварин з використанням PRP та BMDCT, потного розшарування суглобовоí поверхш у цих тварин не виявлено. Зв'язок регенерату з краями суглобового хряща, що оточував дефект, дослщжували практично на всш площi крайових вщд^в суглобового хряща. Перебудова субхондрально1 шстки шд зоною дефекту найбтьш активно перебрала у дослщних групах тварин. За статистичним аналiзом доа^рну рiзницю ви-щеозначених показнишв в порiвняннi з контролем виявлено в умовах застосування PRP та BMDCT. При цьому методика, що передбачае застосування BMDCT виявилася доа^рно ефектившшою в порiвняннi з застосу-ванням PRP.
Ключовi слова: остеоходральш ушкодження, регенеращя хряща, регенеративш технологи, PRP (platelet rich plasma), BMDCT (bone marrow-derived cell transplantation).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ РЕГЕНЕРАТОРНОЙ МЕДИЦИНЫ ПРИ ВНУТРИСУСТАВНЫХ КОСТНО-ХРЯЩЕВЫХ ДЕФЕКТАХ
Омельченко Т. Н., Бурьянов А. А., Дедух Н. В., Лябах А. П., Черновол П. А., Натрус Л. В. Резюме. В эксперименте на 32 лабораторных кроликах оценена эффективность трансплантации плазмы, обогащенной тромбоцитами (PRP, platelet rich plasma) и мезенхимальных стволовых клеток (BMDCT, bone
marrow-derived cell transplantation) совместно с коллагено-фибриновой матрицей при лечении внутрисуставных остеохондральных повреждений в виде полнослойного дефекта. В качестве контроля исследовали дефект без заполнения и при его заполнении только коллагено-фибриновой матрицей. Гистологический и морфометрических анализы проводили для определения характера и структуры регенерата, его интеграции с суставным хрящом, оценки содержания клеточных структур и неклеточных элементов, сформировавшихся в дефекте в различных сериях эксперимента. Анализ результатов исследования показал, что гиалиновый хрящ присутствовал только в регенерате опытных животных (с использованием PRP и BMDCT), выраженного нарушения суставной поверхности у этих животных не выявлено. Связь регенерата с краями суставного хряща зафиксирована на всей площади. Перестройка субхондральной кости под зоной дефекта наиболее активно протекала в опытных группах животных. Морфометрический анализ показал достоверную разницу вышеуказанных показателей после использования PRP и BMDCT по сравнению с двумя контрольными группами животных. При этом методика, предусматривающая применение BMDCT оказалась достоверно более эффективной по сравнению с применением PRP.
Ключевые слова: остеоходральные повреждения, регенерация хряща, регенеративные технологии, PRP (platelet rich plasma), BMDCT (bone marrow-derived cell transplantation).
AN EXPERIMENTAL STUDY OF THE USE OF REGENERATIVE MEDICINE METHODS FOR INTRAARTICULAR OSTEOCHONDRAL DEFECTS
Omelchenko T., Burianov O., Dedukh N., Lyabakh A., Chernovol P., Natrus L.
Abstract. The modern complex of regenerative technologies in the treatment of patients with intraarticular osteochondral defects includes surgical methods in combination with the use of cellular and tissue technologies, which promotes acceleration of poliferation and differentiation of cells, activation of their metabolism, creation of conditions for the restoration of blood supply in adjacent bone tissue and optimization of functional conditions of the newly formed regenerate. However, the insufficient evidence base on the impact of these treatments (transplantation of PRP, platelet rich plasma and BMDC, bone marrow-derived cell) leads to conflicting views on their use, as well as numerous discussions about treatment outcomes using these treatments.
Purpose of the study. According to the morphological study in an experiment in laboratory animals to evaluate the effectiveness of the use of PRP and BMDCT in the treatment of intra-articular osteochondral injuries.
Object and methods. Experimental studies were performed on 32 rabbits. An osteochondral defect in the medial part of the femur of a critical size with a diameter of 3 mm in a depth of 5 mm was reproduced by the dental boron. The defect was not filled (1st series), filled with collagen-fibrin matrix (2nd series), collagen-fibrin matrix with PRP (3rd series) or with BMDCT (4th series). Animals were killed at 40 days. After histological procedures the material was examined under a microscope Olympus ВХ 63 and Micros. Morphometric analysis was performed to determine the nature and structure of the regenerate, its integration with surrounding tissues, the evaluation of the content of cell structures and non-cellular elements that were formed in the defect in different series of the experiment using scale recommended by the Committee of the International Cartilage Regeneration Union (SCRS) with our modifications.
Research results and discussion. An analysis of the results of the study using a modified histological evaluation scale showed that hyaline cartilage was present only in the regenerate of experimental animals of series No. 3 and No. 4, they did not show significant stratification of the surface of the cartilage. In the experimental group of animals of the series No. 3 receiving PRP, the formation of hyaline cartilaginous tissue with chondroblast, chondrocytes and fibrochondrocytes, which densely filled the bone and cartilage defect, was recorded in the area of the bone and cartilage defect.
In the experimental group of animals No. 4, where mesenchymal stem cells of the bone marrow punctate were used, defects located in the articular cartilage were filled with a dense, well developed hyaline cartilaginous tissue with a high degree of its integration with the edges of the defect. The bony trabeculae of the spongiform bone adjacent to the cartilaginous defect formed a network.
The comparison of the components of regenerate the morphometric scale in the control and experimental groups was performed and a significant difference was found for all the parameters in the PRP and BMDCT groups compared with the control animals. A statistical difference between PRP and BMDCT was found for the indicator of tissue regenerate and cellular composition, with the use of BMDCT, these indicators prevailed by 1.4 times. Compared with the regeneration indices between the series No. 1 and the series No. 2, statistically significant differences were noted connection of the regenerate with the edges of the articular cartilage defect, elevated in the series No. 2.
Conclusion. In this case, the technique involving the use of bone marrow mesenchymal stem cells (BMDCT) was significantly more effective than using PRP.
Key words: osteochondral damage, cartilage regeneration, regenerative technologies, PRP (platelet-rich plasma), BMDCT (bone marrow cell transplantation).
Рецензент - проф. брошенко Г. А.
Стаття наджшла 08.02.2019 року
