CC BY
13
© Группа авторов, 1997.
Изменения показателей углеводного компонента протеогликанов тканей коленного сустава при удлинении
голени у собак
Е.Л. Матвеева, Т.В. Русова, С.А. Ерофеев, А.А. Шрейнер
Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. академика Г. А. Илизарова, г. Курган (Генеральный директор — академик РАМТН, д.м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ В.И. Шевцов)
В хряще и синовиальной оболочке коленного сустава собак с удлинением голени аппаратом Илизарова определяли содержание гликозаминогликанов по количеству уроновых кислот и активность ферментов лизосом - катепсина Д, гексозидазы и гиалуронидазы. Эти параметры сравнивали с таковыми в артикулярных тканях контралатеральной конечности и у здоровых собак. Выявлены значительные изменения в метаболизме протеогликанов и активности лизосомальных ферментов на разных сроках эксперимента.
Ключевые слова: собаки, коленный сустав, хрящ, синовиальная оболочка, удлинение, аппарат Илизарова, глико-заминогликаны, лизосомальные ферменты.
В современной артрологии сложилось представление о единстве источников развития и единой функциональной зависимости всех компонентов сустава: синовиальная оболочка, синовиальная жидкость и суставной хрящ, образующих единую синовиальную среду. Практическая артрология испытывает острую потребность в интегральном подходе при оценке состояния и потенций суставных структур в различных ситуациях нормальной жизнедеятельности и при различных формах патологии [1].
Удлинение костей в той или иной мере сопровождается сдавлением суставных поверхностей смежных суставов и некоторым ограничением движения в суставе. При этом меняется метаболизм всех компонентов тканей, в том числе и одного из основных - протеогликанов (ПГ). Целью наших исследований явилось изучение состояния ПГ в хряще и синовиальной оболочке коленного сустава собак удлиняемой и контралатеральной конечности.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Биохимические исследования проведены на 9 собаках, у которых через 5 дней после флек-сионной остеоклазии большеберцовой кости осуществляли удлинение голени аппаратом Илизарова с темпом 1,0 мм при восьмикратной дробности дистракции. Животных выводили из опыта на следующих этапах: 14, 28 дней дистракции, 30 дней фиксации после 28 дней дистракции и через 30 дней после снятия аппарата.
Материал забирали после эвтаназии животных, которая осуществлялась введением летальных доз барбитуратов. Из коленных суставов опытной и контралатеральной конечности препарировали суставной хрящ и синовиальную
оболочку. Из тканей ПГ экстрагировали 0,1 М ацетатным буферным раствором, рН 5,5. В последующем проводили папаиновый протеолиз, дифференцируя ПГ на слабо- и тесно связанные с внеклеточным матриксом. Общее количество гликозаминогликанов (ГАГ), и фракций ГАГ, освобожденных протеолизом, определяли по содержанию уроновых кислот в экстрактах и протеолизатах карбазоловым методом [2]. В этих же тканях исследовали активность ферментов лизосом, способных деградировать протеог-ликаны: катепсина Д (КФ 3.4.32.5), гексозидазы (КФ 3.2.1.30) [3], гиалуронидазы (КФ 3.2.1.35/36) [4].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Визуально поверхность хрящей у всех собак была гладкой, блестящей, молочного цвета, за исключением суставов собак с 28 днями дист-ракции, у которых суставной хрящ был синеватого цвета, истончен, поверхность мыщелка эрозирована как в оперированной, так и в кон-тралатеральной конечностях. Результаты количественного определения ГАГ по содержанию
уроновых кислот в средах представлены на рис.1-4. Выявлены следующие закономерности: - в хряще и синовиальной оболочке общее количество ГАГ в оперированной и контралатераль-ной конечностях изменялось синхронно. Максимальные изменения наблюдали в суставном хряще оперированной конечности после 14 и 28 дней дистракции. У собак, содержавшихся 30
дней без аппарата, эта величина приближалась к нормальному уровню (рис. 1).
%
120 100 80 60 40 20 0
□ оперированная конечность
□ контралатеральная конечность
III IV
Группы животных
%
120 100 80 60 40 20
□ оперированная конечность
□ контралатеральная конечность
III IV
Группы животных
б
Рис. 1. Изменение общего количества ПГ коленного сустава собак при удлинении голени: а - хрящ, б -синовиальная оболочка. Группы животных соответствуют следующим срокам:
I. - 14 дней дистракции, без фиксации;
II. - 28 дней дистракции, без фиксации;
III. - 28 дней дистракции, 30 дней фиксации;
IV. - 28 дней дистракции, 91 день фиксации, 30 дней после снятия аппарата.
- доля ПГ, слабо связанных с матриксом, изменялась наиболее значительно в суставном хряще оперированной и контралатеральной конечностей (через 14 и 28 дней дистракции), особенно сильно в контралатеральной конечности после 28 дней дистракции. Впоследствии она снижалась и достигала нормальных величин. В оперированной конечности у собак, находившихся 30 дней без аппарата, этот показатель снижался ниже контрольных величин. В синовиальной оболочке доля слабо связанных ПГ выше в кон-
тралатеральной конечности, хотя в обоих суставах их доля незначительно отличалась от нормальных величин, что и являлось существенным различием в обмене ПГ хряща и синовиальной оболочки (рис.2)
% 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
□ оперированная конечность
□ контралатеральная конечность
III IV
Группы животных
% 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
□ оперированная конечность □ контралатеральная конечность
I II III IV
Группы животных
Рис. 2. Изменение слабо связанных ПГ коленного сустава собак: а - хрящ, б - синовиальная оболочка.
б
- в суставном хряще наиболее существенно (в 6 раз) возрастала активность катепсина Д, причем в контралатеральной конечности значительнее (14 и 28 дней дистракции). Такая же тенденция отмечена и для гексозидазы (рис.3). В синовиальной оболочке существенное увеличение активности катепсина Д и гексозидазы наблюдалось в оперированной конечности после 28 дней дистракции, причем активность катепсина Д возрастала более значительно. Активность гиа-луронидазы в тканях собак через 28 дней дист-ракции и 30 дней фиксации не определялась. У животных, содержавщихся без аппарата, активность ферментов повышена в синовиальной оболочке и хряще оперированной конечности (рис.4).
I
II
а
а
0
% 700 600 500 400 300 200 100 0
□ оперированная конечность
□ контралатеральная конечность
£l
III IV
Группы животных
% 700 600 500 400 300 200 100 0
□ оперированная конечность
□ контралатеральная конечность
III IV
Группы животных
Рис. 3. Изменение активности в хряще коленного сустава собак: а - катепсин Д, б - гексозидаза.
Таким образом, через 28 дней дистракции значительно изменяются спектр ГАГ и активность лизосомальных ферментов в суставных тканях как оперированной, так и контралатеральной конечностей животных, что связано с оперативным вмешательством и особенностью нагружения конечностей в условиях дистракции. Изменение метаболических процессов в тканях имеют как общие черты, так и свои особенности, присущие данной ткани.
В период фиксации и в последующий восстановительный период изученные показатели в контралатеральной конечности приближались к нормальным значениям, тогда как в опериро-
150
100
50
I
II
□ оперированная конечность
□ контралатеральная конечность
III IV
Группы животных
% 200
150
100
50
0
I
II
□ оперированная конечность
□ контралатеральная конечность
III IV
Группы животных
Рис. 4. Изменение активности в синовиальной оболочке коленного сустава собак: а - катепсин Д, б -гексозидаза.
ванной конечности сохранялась альтерация активности лизосомальных ферментов в синовиальной оболочке коленного сустава и содержания слабо связанных ПГ в суставном хряще. Отмеченные изменения кислых гликозаминог-ликанов, вероятно, связаны с изменением синтеза их углеводных цепей и активацией деструктивных процессов в белковой части протеогли-канов. Следовательно, снижение циклической нагрузки на сустав вызывает значительные изменения в метаболизме протеогликанов, а возврат к обычному двигательному стереотипу способствует реституции последних в изученных тканевых компонентах коленного сустава.
ЛИТЕРАТУРА
1. Павлова В.Н. Синовиальная среда суставов. - М.: Медицина, 1980. - 296 с.
2. Bitter T., Muir H.M. A modified uronic acid carbazole reaction // Analit. Biochem. - 1962. - Vol.4. - Р. 330-334.
3. Barret A.J. Tissue proteinases / Eds.: A.J. Barret, J.T. Dingle. - Amsterdam-London: Noth-Holland Publ. Co, 1971.
4. Aronson N.N., Davidson E.A. Lisosomal hyaluronidase // J. Biol. Chem. - 1965. - Vol. 240. - P. 3222-3224.
468 p.
Рукопись поступила 18.12.96 г.
0
II
а
а
II
б
б
