Автореферат и диссертация по медицине (14.00.02) на тему:Морфофункциональная характеристика гиалинового хряща коленного сустава в норме и при хондропластике его экспериментальных повреждений

На правах рукописи

Деревянко Игорь Валентинович

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИАЛИНОВОГО ХРЯЩА КОЛЕННОГО СУСТАВА В НОРМЕ И ПРИ ХОНДРОПЛАСТИКЕ ЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

14.00.02 - анатомия человека

Ав т ореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

ВОЛГОГРАД - 2004

Работа выполнена в Волгоградском государственном медицинском университете и в Волгоградском научном центре РАМН и Администрации Волгоградской области

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Краюшкин Александр Иванович доктор медицинских наук, профессор Писарев Вячеслав Борисович

Научный консультант:

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

Асфандияров Рустям Измаилович, доктор медицинских наук, профессор Николенко Владимир Николаевич

Ведущая организация: Башкирский государственный медицинский университет (г. Уфа)

на заседании Диссертационного совета Д 208.008.01 при Волгоградском государственном медицинском университете по адресу: 400131, г. Волгоград, пл. Павших борцов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного медицинского университета (400131, г. Волгоград, пл. Павших борцов, 1).

Автореферат разослан «ДО» января 2004 года. Ученый секретарь Диссертационного совета,

доктор медицинских наук, профе Зайченко С. И.

Защита диссертации состоится «_»

2004 года в_часов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В последние годы в связи с ростом травматологической и дегенеративной патологии гиалинового хряща коленного сустава особую актуальность приобретает изучение общебиологических закономерностей его регенерации [Поляков В.Ю., 1997; Никитин В.В. с соавт., 1999; Трачук А.П. с соавт., 2000; Labs К. et al., 1998; Alfredson H. et al., 1999; Angerman P. et al., 2002]. Известно, что спонтанное восстановление полнослойных повреждений суставного хряща не полноценно в морфофункциональном отношении и осуществляется преимущественно за счет кратковременной гро-лиферативной и синтетической активности хондроцитов [Лаврищева Г.И. с соавт., 1996, 2002; Mandelbaum В. et al., 1998; Wei X. et al., 1999; Athana-siou K.A et al., 2001]. В связи с этим для повышения репаративных возможностей полнослойных повреждений гиалинового хряща коленного сустава используют разнообразные способы хондропластики, изучение эффективности и совершенствование которых является актуальной задачей [Балуша Г.М., 2002; Minas Т. et al., 1997, Erggelet С. et al., 1999; Bruns J. et al., 2003].

В настоящее время среди способов хондропластики широкое распространение получили субхондральная туннелизация, абразия и формирование микропереломов субхондральной кости, объединенные названием -«костномозговая стимуляция» [Неверкович А.С. с соавт., 1996; Маланин Д.А., 2002; Frenkel S.R. et al, 1994; Rodrigo J.J. et al., 1994; Steadman J R., 1999; Sledge S.L., 2001]. По литературным данным «костномозговая стимуляция» приводит к восстановлению полнослойных дефектов гиалинового хряща коленного сустава и улучшению состояния больных [Троценко В. В., 1993; Hunziker E.B., 1996; Buckwalter J.A., 1997; Newman A.P., 1998; Nehrer S, et al., 1999]. Однако особенности строения регенератов, образующихся после применения субхондральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов субхондральнои кости, мало изучены и недостаточно согласованны с реальным восстановлением функции коленного сустава.

Актуальной проблемой при оценке результатов хондропластики является исследование физико-механических свойств образующихся регенератов [Wong M. et al., 1997; Lane J.G. et al., 2001; Warner M.D. et al., 2001]. В отдельных публикациях отмечено, что прочностные, деформативные и трибологические параметры ткани, заполняющей область полнослойного повреждения гиалинового хряща после хирургического лечения, играют

1ва [Nabavi-Tabrizi

тодик физико-механических испытаний и различия в условиях проведения эксперимента не позволяют однозначно судить о биомеханических свойствах, как самого гиалинового хряща, так и образующихся в области его дефектов регенератов.

Для изучения общебиологических закономерностей репаративного хондрогенеза в эксперименте актуален выбор лабораторного животного. Многие авторы в качестве экспериментальной модели используют коленный сустав собаки [Thompson R.CJ. et al., 1991; Wei X. et al., 1999; Jurvelin J.S. et al, 2000; Lee C.R. et al., 2003; Liu W. et al., 2003]. Известно, что особенности строения и биомеханики суставов различных видов млекопитающих отражаются на структурной организации и физико-механических свойствах гиалинового хряща [Crum J.A. et al., 2003]. В тоже время в литературе отсутствует обоснование использования коленного сустава собаки для изучения регенерации гиалинового хряща, что актуально при экстраполяции экспериментальных данных в клинику.

Таким образом, учитывая важность изучения общебиологических закономерностей регенерации полнослойных повреждений гиалинового хряща коленного сустава, сравнительная оценка его морфологических и физико-механических свойств у человека и собаки, а также определение эффективности способов «костномозговой стимуляции», являются актуальными задачами, решение которых имеет не только научный, но и практический интерес.

Цель работы.

Выявить морфофункциональные особенности гиалинового хряща коленного сустава человека и собаки в норме и при «костномозговой стимуляции» его экспериментальных полнослойных повреждений.

Задачи исследования:

1. Изучить особенности строения и физико-механических свойств гиалинового хряща коленного сустава человека и собаки.

2. Обосновать преимущества использования экспериментальной модели коленного сустава собаки для изучения репаративного хондрогенеза.

3. Установить особенности строения и физико-механических свойств регенератов, образующихся в области экспериментальных полнослойных дефектов гиалинового хряща коленного сустава после субхондральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов.

4. Определить корреляции между физико-механическими и морфо-метрическими параметрами гиалинового хряща коленного сустава в норме и при регенерации его экспериментальных полнослойных повреждений.

Научная новизна.

Впервые проведено сравнительное изучение макро-, микроструктуры, деформативно-прочностных и трибологических свойств гиалинового хряща коленного сустава человека и собаки и определены средние значения его основных макро-, микроморфометричеких и физико-механических параметров.

Впервые дано научное обоснование использования коленного сустава собаки в качестве экспериментальной модели для изучения регенерации гиалинового хряща. Показаны сходства и различия морфологических и физико-механических свойств нормального гиалинового хряща человека и собаки. Выявлено, что расположение средних значений площади и толщины гиалинового хряща надколенника, мыщелков бедренной и большебер-цовой костей в порядке убывания у человека и собаки однотипно. Выяснено, что зоны гиалинового хряща коленного сустава собаки по расположению и строению аналогичны гиалиновому хрящу человека. Дана сравнительная микроморфометрическая характеристика поверхностных и глубоких слоев гиалинового хряща надколенниковой поверхности бедренной кости человека и собаки. Впервые продемонстрировано, что остаточная деформация и коэффициент трения покоя гиалинового хряща коленного сустава человека и собаки имеют сходные значения.

Впервые в различные сроки наблюдения изучены морфологические и физико-механические свойства ткани, образующейся после субхонд-ральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов в области полнослойных дефектов гиалинового хряща коленных суставов. Выявлено, что восстановление полнослойных повреждений гиалинового хряща коленного сустава после выполнения различных способов «костномозговой стимуляции» происходит преимущественно за счет образования волокнистой соединительной ткани и волокнистого хряща, а деформативные, прочностные и трибологические характеристики регенератов отличаются от таковых у нормального гиалинового хряща. Впервые показано, что наиболее полноценное гистотопографическое и биомеханическое восстаноз-ление полнослойных повреждений гиалинового хряща происходит после субхондральной туннелизации.

В работе впервые выявлены линейные корреляции между цитомор-фометрическими и физико-механическими показателями гиалинового хряща и 24 недельных регенератов, образующихся после «костномозговой стимуляции» в области его полнослойных дефектов в коленном суставе. Установлено, что количественные и качественные характеристики хондро-цитов имеют умеренную или сильную положительную связь с коэффициентом жесткости и модулем упругости, а отрицательную - с остаточной деформацией.

Научно-практическая значимость.

Полученные данные дополняют современные представления сравнительной и функциональной анатомии о строении и физико-механических свойствах гиалинового хряща коленного сустава.

Обоснование использования коленного сустава собаки для изучения регенерации гиалинового хряща может быть учтено при выборе лабораторного животного и экстраполяции экспериментальных данных в клинику.

Полученные результаты расширяют современные представления о закономерностях восстановления полнослойных повреждений гиалинового хряща коленного сустава при спонтанной регенерации и после субхонд-ральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов, что является основанием для последующих фундаментальных исследований морфологии суставов.

Выявленные особенности каждого из способов «костномозговой стимуляции» могут быть учтены в травматологии и ортопедии для дифференцированного подхода к их использованию и разработки новых методов хондропластики.

Установленные положительные линейные корреляции между цитоморфометрическими и физико-механическими параметрами гиалинового хряща коленного сустава и регенератов в области его полнослойных повреждений могут иметь значение для оценки степени восстановления функции коленного сустава.

Полученные данные могут быть использованы в учебном процессе на морфологических и ряде клинических кафедр.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Коленный сустав собаки по строению и физико-механическим свойствам гиалинового хряща сопоставим с коленным суставом человека и может быть использован в качестве экспериментальной модели для изучения закономерностей репаративного хондрогенеза

2. Способы «костномозговой стимуляции» повышают возможности регенеративного процесса в области экспериментальных полнослойных дефектов гиалинового хряща коленного сустава и приводят к формированию волокнистой соединительной ткани и волокнистого хряща. Регенераты, образующиеся после субхондральной туннелизации, демонстрируют лучшие гистотопографические и физико-механические свойства.

3. Положительная корреляционная связь между цитоморфометриче-скими и деформативно-прочностными параметрами гиалинового хряща и его регенератов детерминирована хондронной организацией хрящевой ткани и характеризует её морфофункциональное единство.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на итоговых научных сессиях Волгоградской медицинской академии (Волгоград, 2000-2002); XVШ-XX конференциях молодых ученых Волгоградской медицинской академии (Волгоград, 2000-2002); VII и УШ региональных конференциях молодых ученых и студентов Волгоградской области (Волгоград, 2000, 2001); научно-практической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения проф. С.С.Касабьян (Волгоград, 2001); IV Всероссийском Конгрессе Российского Артроскопического Общества (Москва, 2001); V Всероссийском Конгрессе Российского Артроскопического Общества (Санкт-Петербург, 2003).

Работа апробирована на совместном заседании кафедр патологичг-ской анатомии, анатомии человека, гистологии, цитологии и эмбриологии, травматологии и ортопедии с курсом военно-полевой хирургии, судебной медицины, и проблемной комиссии по морфологии Волгоградского государственного медицинского университета 14 октября 2003 года.

По теме диссертации опубликовано 18 научных работ в отечественной и зарубежной печати. Получено 2 удостоверения на рационализаторские предложения.

Реализация и внедрение результатов работы.

Работа выполнена на кафедре анатомии человека Волгоградского государственного медицинского университета (зав. кафедрой - д.м.н., профессор А.И.Краюшкин) и в лаборатории артрологии и ортопедической косметологии отдела общей и экспериментальной патологии Волгоградского научного центра РАМН и Администрации Волгоградской области (руководитель отдела - д.м.н., профессор Писарев В.Б.).

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс на кафедрах анатомии человека, патологической анатомии и травматологии и ортопедии с курсом военно-полевой хирургии Волгоградского государственного медицинского университета, практические рекомендации используются в работе МУЗ ГКБ № 25 г. Волгограда, Городского центра ортопедии и косметологии г. Волгограда.

Структура и объем диссертации.

Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, иллюстрирована 39 рисунками. Она состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов и списка использованной литературы, который содержит 254 источника (78 на русском и 176 на иностранных языках).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом исследования послужили 32 коленных сустава 16 трупов лиц мужского и женского пола в возрасте от 21 до 35 лет, погибших в результате несчастных случаев без повреждения нижних конечностей и не страдавших заболеваниями опорно-двигательного аппарата Забор материала осуществляли в Волгоградском областном бюро судебно-медицинской экспертизы не позднее 24-х часов после смерти.

Распределение трупного материала представлено в таблице 1.

Таблица 1

Распределение трупного материала по возрастным периодам и полу

Гиалиновый хрящ коленного сустава собаки изучали на 14 беспородных животных (26 суставов) без патологии опорно-двигательного аппарата в возрасте от 3 до 4 лет и массой от 9 до 11 кг. При проведении экспериментального исследования руководствовались базисными нормативными документами: Приказом МЗ N750, Рекомендациями Комитета по экспериментальной работе с использованием животных при Минздраве России, рекомендациями ВОЗ [Шалимов С.А., с соавт., 1988; Березовская И.В., 1993; Zutphen КК et э1., 1993; Sutanto ^ et al., 1993]. У 8 собак (14 суставов) после артротомии коленного сустава из области суставных поверхностей надколенника мыщелков и надколенниковой поверхности бедренной кости, мыщелков большеберцовой кости брали костно-хрящевые блоки. Операции выполняли в условиях операционной вивария при областной клинической больнице N1 с соблюдением всех правил асептики и антисептики. Забор аутопсийного материала осуществляли от 6 собак (12 суставов), погибших после хирургических вмешательств на органах брюшной полости, не позднее 24-х часов после смерти.

При макроскопическом исследовании обращали внимание на цвет, целостность гиалинового хряща, проводили его инструментальную пальпацию. Изучали особенности формы надколенника, мыщелков бедренной и большеберцовой костей. Измерение линейных параметров (длина и ширина надколенника, длина и ширина мыщелков бедренной и большеберцо-вой костей) производили штангенциркулем.

Измерение площади гиалинового хряща, выстилающего суставные

поверхности надколенника, мыщелков бедренной и большеберцовой костей, осуществляли с использованием компьютерной программы AutoCAD 2002. На сагиттальных распилах сочленяющихся в коленном суставе костей штангенциркулем определяли толщину гиалинового хряща, а также передний и задний радиусы мыщелков бедренной кости.

Образцы, предназначенные для микроскопического исследования, фиксировали, декальцинировали и заливали в парафин по общепринятым гистологическим методикам. Серийные срезы окрашивали гематоксилином и эозином, по Маллори и подвергали световой и поляризационной микроскопии [Саркисов Д.С. с соавт., 1996]. Морфометрию глубоких и поверхностных слоев гиалинового хряща проводили при увеличении 10 х 40 в пяти полях зрения [Автандилов Г.Г., 1990]. Определяли среднее число хондроцитов в 1 мм3 , среднее числа хондроцитов на 1 мм костно-хрящевой линии, среднее числа хондроцитов в изогруппе, средний объем хондроцита, средний объема ядер хондроцитов, ядерно-цитоплазматическое отношение. Линейной морфометрии были подвергнуты следующие показатели: общая толщина гиалинового хряща, средняя толщина костно-хрящевой линии, бесклеточной, поверхностной, средней и глубокой зон.

По принятой в биомеханике методике определяли деформативнс-прочностные и трибологические параметры гиалинового хряща коленного сустава [Степанов С.А. с соавт., 1993]. Испытания проводили на костно-хрящевых блоках в течение 2 часов с момента забора материала. Устойчивость гиалинового хряща к осевой нагрузке изучали по методике Obeid Е.М.Н. et al. (1994) на установке одноосного неограниченного сжатия, разработанной на кафедре металловедения Волгоградского государственного технического университета. Из полученных гистерезисных кривых рассчитывали коэффициент жесткости {кжат Н/м) и остаточную деформацию (h ост %) [Дубинская В .А. с соавт., 1991; Obeid E.M.E. et al., 1994]. По формулам в соответствии с двухфазной моделью Mow J. (1997) вычисляли модуль упругости. Для определения коэффициента трения покоя для пары трения гиалиновый хрящ-стекло в физиологическом растворе хлорида натрия использовали физический трибометр, разработанный на каф металловедения Волгоградского государственного технического университета.

Влияние способов «костномозговой стимуляции» на восстановление полнослойных дефектов гиалинового хряща коленного сустава изучали на 20 беспородных собаках (36 коленных суставов) в возрасте от 3 до 4 лет и массой от 9 до 11 кг, которых также содержали в виварии в соответствии с базисными нормативными документами. Экспериментальные животные

были разделены на опытные (I, И, III) и контрольную (IV) группы методом рандомизации. Эксперимент носил прижизненный характер (таблица 2).

Таблица 2

Распределение экспериментальных животных по группам

Группы животных Количество животных Количество суставов

Группа I. Субхондральная туннслизации и области нолнослойных дефектов гиалиновою хриша 6 11

Группа 11. Абразия субхондральной кости в области нолнослойных дефектов гиалинового хрища 5 10

Группа III. Формирование микропереломов в области нолнослойных дефектов гиалинового хряща 6 10

Группа IV. Полнослойные дефекты гиалинового хряща без «костномозговой стимуляции» - 3 5

Всего 20 36

На первом этапе исследования всем животным в области надколен-никовой поверхности бедренной кости создавали модель хронического полнослойного дефекта гиалинового хряща путем сепарации его слоев скальпелем с последующей обработкой дна дефекта диатермокоагулято-ром (рац. предложение № 27-2002 от 15.11.2002).

Через 4-6 недель в зоне повреждения животным в опытных группах производили субхондральную туннелизацию (11 суставов), абразию (10 суставов) или формирование микропереломов (10 суставов). Сроки забора материала в динамике эксперимента составляли 4, 8, 16,24 недели.

Комплексная оценка восстановленных после костномозговой стимуляции полнослойных повреждений гиалинового хряща включала в себя макроскопическую оценку по шкале O'Driscoll S. et al. (1986), микроскопическую оценку по шкале Писарева В.Б. с соавт. (1998) и определение физико-механических свойств регенератов, образующихся через 24 недели после хондропластики.

Микрофотосъемку проводили на микроскопе «Zeiss» (Германия) с фотонасадкой «Contax» (Япония). Статистическую обработку результатов, включая определение коэффициента линейной корреляции между физико-механическими и морфометрическими параметрами, осуществляли с использованием программ EXCEL 7,0 (USA) для Windows 98.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При сравнительном макроскопическом исследовании гиалиновый хрящ коленного сустава, как человека, так и собаки выглядел гладким, блестящим и имел белый цвет с голубоватым оттенком. В обеих сравниваемых группах при пальпации артроскопическим крючком он прочно фиксировался к подлежащей субхондральной кости, был плотным и не оставлял на своей поверхности вдавлений.

Мыщелки бедренной кости, как человека, так и собаки, были эллипсовидной формы, однако у собаки они не отличись друг от друга размерами и имели более выраженное уплощение в сагиттальной плоскости. По отношению к продольной оси мыщелки бедренной кости в обеих сравниваемых группах располагались преимущественно кзади, образуя с ней соответствующие углы: латеральный мыщелок человека - 61,2° ± 1,6°, со-баки-53,4° ± 1,2°, медиальный мыщелок человека -82,3° ± 2,2°, собаки - 70,1° ± 1,9°. Верхняя суставная поверхность большеберцовой кости собаки медиального и латерального мыщелков, в отличие от человека, в центральной части была выпуклой в проксимальном направлении, а в передней и задней частях имела вид желобоватых углублений. Для мыщелков большеберцовой кости собаки было характерно более существенное, чем у человека, отклонение верхней суставной поверхности кзади. Угол наклона верхней суставной поверхности латерального мыщелка большеберцовой кости собаки составил 21,5° ± 0,7°, медиального мыщелка-26,3° ± 1,1°. У человека аналогичный показатель для медиального мыщелка составил 6,4° ± 0,2°, для латерального-4,5° ± 0,1°.

Средняя площадь гиалинового хряща, выстилающего суставные поверхности надколенника, дистального эпифиза бедренной и мыщелков большеберцовой костей у собаки была значительно меньше, чем у человека, однако сходным было расположение абсолютных величин в ряду убывания: средняя площадь гиалинового хряща дистального эпифиза бедренной кости > средняя площадь гиалинового хряща латерального мыщелка большеберцовой кости > средняя площадь гиалинового хряща медиального мыщелка большеберцовой кости > средняя площадь гиалинового хряща надколенника. Соотношение площадей гиалинового хряща в коленном суставе человека в указанном выше ряду убывания составило 1 : 0,25 : 0,25 : 0,24, в коленном суставе собаки - I : 0,29 : 0,25 : 0,14.

На сагиттальных распилах суставные поверхности мыщелков бедренной кости в сравниваемых группах эксцентрично изгибались вперед- с большим радиусом, кзади - с меньшим. Передний радиус медиального

мыщелка бедренной кости человека составил 28,4 ± 2,1 мм, собаки - 14,3 ± 0,8 мм, задний радиус медиального мыщелка бедренной кости человека имел значение 18,5 ± 1,4 мм, собаки- 10,3 ± 0,3 мм. Передний радиус латерального мыщелка бедренной кости человека составил 24,7 ± 1,6 мм, собаки - 14,2 ± 0,7 мм, задний радиус медиального мыщелка бедренной кости человека имел значение 19,6 ± 1,6 мм, собаки- 10,6 ± 0,3 мм.

При сравнении толщины гиалинового хряща надколенника, мыщелков бедренной и большеберцовой костей у собаки во всех наблюдениях показатели были меньше, чем у человека. Наибольшую толщину в коленном суставе человека имел гиалиновый хрящ, выстилающий суставную поверхность надколенника. В коленном суставе собаки - гиалиновый хрящ медиального мыщелка большеберцовой кости. Тем не менее, в обеих исследуемых группах наблюдали, что средняя толщина гиалинового хряща медиального мыщелка большеберцовой кости > средняя толщина гиалинового хряща латерального мыщелка большеберцовой кости, а средняя толщина гиалинового хряща медиального мыщелка бедренной кости < средняя толщина гиалинового хряща латерального мыщелка бедренной кости. Кроме того, в обеих группах средняя толщина гиалинового хряща в области надколенниковой поверхности практически не отличалась от толщины медиального мыщелка бедренной кости. Соотношение средней толщины гиалинового хряща в коленном суставе человека по схеме - надколенник : надколенниковая поверхность бедренной кости : медиальный мыщелок бедренной кости : латеральный мыщелок бедренной кости : мг-диальный мыщелок большеберцовой кости : латеральный мыщелок боль-шеберцовой кости, где величина средней толщины надколенника принималась за единицу, составило 1 : 0,4 : 0,4 : 0,6 : 0,9 : 0,5. Соотношение средней толщины гиалинового хряща в коленном суставе собаки составило 1 :0,8-.0,8:0,9:1,8:1,3.

При микроскопическом исследовании гиалинового хряща коленного сустава собаки были определены структурные зоны аналогичные гиалиновому хрящу коленного сустава человека: глубокая, средняя и поверхностная. В поверхностной зоне гиалинового хряща собаки хондроциты располагались преимущественно поодиночке и имели форму от вертикально вытянутой до округлой. Особенностью этой зоны также было прогрессирующее по направлению к поверхности гиалинового хряща преобладание мат-рикса над клетками. В средней и глубокой зонах хондроциты были расположены в виде вертикально ориентированных изогенных групп. При этом количество хондроцитов в ячейках становилось меньше ближе к поверхностной зоне. Зона кальцификации, составляющая около 30% всей толщины гиалинового хряща, имела четкую визуализацию и была ограничена хорошо выраженной базофильной линией.

Сравнительному морфометрическому исследованию подвергали поверхностные (бесклеточная и поверхностная зоны) и глубокие (средняя и глубокая зоны) слои гиалинового хряща надколенниковой поверхности бедренной кости, так как эта область часто используется для формирования повреждений и изучения их восстановления в эксперименте [ ]. Обнаружено, что отношение показателей поверхностной (149± 13 мкм), средней (207± 17 мкм) и глубокой (215 ± 19 мкм) зон гиалинового хряща коленного сустава собаки к его общей толщине (653 ±34 мкм), принятой за единицу, составляет 1 : 0,23 : 0,32 : 0,33. У человека это соотношение - 1 : 0,13 : 0,44 : 0,42. Выявлено, что в обеих группах величина среднего объема хондро-цита и среднего объема ядра хондроцита в глубоких слоях гиалинового хряща коленного сустава были наиболее близкими по величине. При этом в поверхностных слоях наблюдали их статистически достоверные различия: средний объем хондроцита у человека - 5807 ± 133 мкм3, у собаки -7278 ± 109 мкм3 (р<0,001), средний объем ядра хондроцита у человека -1327 ± 70 мкм3, у собаки - 1632 ± 89 мкм3 (р<0,001). Отличия также обнаружены среди показателей количества клеток (среднее число хондроцитов в 1 мм3, среднее число хондроцитов на 1 мм костно-хрящевой линии, число хондроцитов в изогруппе), причем их величины в соответствующих слоях гиалинового хряща были выше в группе экспериментальных животных. Ядерно-цитоплазматическое отношение нормального гиалинового хряща коленного сустава собаки несколько превосходило, аналогичный показатель у человека.

В подтверждение результатов работ Дубинской В.А. с соавт., 1991, Mow J. et al., 1997, Carter D.R. et al., наши исследования показали, что гиалиновый хрящ при неограниченном одноосном сжатии проявляет присущие ему нелинейные вязкоупругие свойства в сочетании с феноменом «ползучести».

Выявление локальных особенностей деформативно-прочностных свойств гиалинового хряща коленного сустава позволило установить, что как у человека, так и у собаки наибольшей прочностью обладает гиалиновый хрящ медиального мыщелка бедренной кости. Наиболее низкую жёсткость в коленном суставе человека показал гиалиновый хрящ надколенника, в коленном суставе собаки - гиалиновый хрящ медиального мыщелка большеберцовой кости.

При сравнительном изучении физико-механических характеристик нормального гиалинового хряща человека и собаки выявлено, что остаточная деформация и коэффициент трения покоя гиалинового хряща в обеих группах имеют близкие значения. В тоже время коэффициент жесткости и модуль упругости гиалинового хряща человека в два раза превышали аналогичные параметры у собаки

Парный корреляционный анализ показал, что количественные характеристики хондроцитов (среднее число хондроцитов в 1 мм3, среднее числа хондроцитов на 1 мм костно-хрящевой линии, среднее числа хондроцитов в изогруппе) статистически достоверно связаны с остаточной деформацией гиалинового хряща. Линейные корреляции при этом были отрицательными, что указывало на обратную связь между рассматриваемыми параметрами, и в группе людей I периода зрелого возраста составляли г = -0,64 (р < 0,05), в группе экспериментальных животных - г = - 0,76 (и < 0,05). Корреляция между объемной долей матрикса гиалинового хряща и остаточной деформацией была слабой и также отрицательной. Для гиалинового хряща коленного сустава человека она составила г = - 0,25 (р < 0,05), для собаки - г = - 0,27 (р < 0,05). Статистически достоверной была линейная корреляция между остаточной деформацией гиалинового хряща общей толщиной гиалинового хряща. Она указывала на умеренной силы прямую связь между анализируемыми параметрами. У человека она составила г = 0,74 (р < 0,05), для собаки - г = - 0,52 (р < 0,05). Обратная картина наблюдалась при корреляционном анализе прочностных (модуль упругости, коэффициента жесткости) и морфометрических характеристик гиалинового хряща. Было выявлено, что количественные характеристики хонд-роцитов имеют умеренной силы положительную корреляционную связь как с модулем упругости, так и с коэффициентом жесткости. Средний сбъ-ем хондроцитов и средний объём их ядер в обеих группах также показали прямую связь с параметрами прочности гиалинового хряща Для этих пар значений коэффициент корреляции у человека составил в 0,91, у собаки - г = 0,84. Связь модуля упругости с другими морфометрическими показателями гиалинового хряща была выражена в меньшей степени.

Из всех физико-механических показателей коэффициент трения покоя демонстрировал менее выраженные корреляционные связи, которые были преимущественно слабыми или отсутствовали вообще.

Изучение регенерации полнослойных дефектов гиалинового хряща показало, что хронические полнослойные дефекты гиалинового хряща без костномозговой стимуляции в большинстве случаев характеризовались отсутствием восстановления и развитием дегенеративных изменений в окружающем гиалиновом хряще.

При макроскопической оценке регенератов, образующихся в области полнослойных дефектов гиалинового хряща после костномозговой стимуляции, некоторые авторы отмечали их морфологические различия в зависимости от использующегося способа. Так Frenkel S.R. et al. (1994) отдавали предпочтение субхондральной туннелизации, как лучшему способу для восстановления повреждений, особенно при сравнении результатов в более отдаленные сроки. По мнению, Johnson L.L. (1986, 1990) более равномер-

ное развитие регенератов по всей поверхности дна дефекта обеспечивала абразия субхондральной кости. О хороших результатах при формировании микропереломов в области полнослойных дефектов гиалинового хряща сообщали Rodrigo J. et al. (1994), Steadman J. (1997). В нашем исследовании лучшему восстановлению полнослойных дефектов гиалинового хряща способствовала субхондральная туннелизация (рисунок 1).

Рис 1. Динамика восстановления полнослойных дефектов малинового хряща коленного сустава после субхондральной туннелнзации, абразии и формирования микропереломов по показателям макроскопической оценочной шкалы O'DriscoU ^ п1. (1986).

Так через 16 недель в группе I (субхондральная туннелизация) дефекты гиалинового хряща полностью заполнялись регенератами, которые на всем протяжении срастались с краями окружающего гиалинового хряща. Поверхность новообразованной ткани была гладкой и лишь местами сохраняла неровность. Наибольшая толщина слоя новообразованной ткани составляла 75% толщины нормального гиалинового хряща.

После абразии субхондральной кости (II группа) к 16 неделе место повреждения гиалинового хряща имело вид округлого углубления, дно которого равномерным слоем выстилала ткань толщиной около 50% от тол-шины окружающего гиалинового хряща

Дефекты суставной поверхности, стимулированные формированием микропереломов (III группа), в указанные сроки восполнялись регенератами в виде бугристых очагов мягкой ткани, которые не всегда соединялись между собой.

16нед 24 над

сроки

В последние годы на гистологическом уровне регенераты, образующиеся в области дефектов гиалинового хряща после различных способов костномозговой стимуляции, большинство авторов оценивали как фиброзную ткань или волокнистый хрящ [Неверкович Л.С. с соавт., 1996, М:ла-нин Д.А., 2002].

В представленной нами работе к 24 неделе после хондропластики у животных I группы (субхондральная туннелизация) выявляли смешанные регенераты, включающие волокнистую соединительную ткань и волокнистый хрящ. В глубоких слоях они содержали сосуды, а в поверхностных -плотные волокна, ориентированные параллельно суставной поверхности. Сращение ткани регенератов с окружающим гиалиновым хрящом было с элементами взаимопроникновения и образованием переходной зоны.

Использование абразии полнослойных дефектов гиалинового хряща во II группе экспериментальных животных также приводило к возмещз-нию утраченной части суставной поверхности регенератами из волокнистой соединительной ткани и волокнистого хряща.

При стимуляции дефектов гиалинового хряща формированием микропереломов (III группа) к 24 неделе заживление происходило зрелой волокнистой соединительной тканью. В отдельных местах сформированной суставной поверхности обнаруживали участки растрескивания, распространяющиеся до новообразованного субхондрального слоя.

По шкале микоскопической оценки в I и II группах общая динамика восстановления области дефектов была схожей (рисунок 2).

В случае использования костномозговой стимуляции способом абразии такие процессы, как сращение ткани регенератов с окружающим гиалиновым хрящом и восстановление субхондрального слоя кости начинались несколько ранее. Остальные процессы были выражены приблизительно в равной степени.

При использовании формирования микропереломов (группа III), динамика по всем исследуемым показателям была значительно меньше, а оценка образованных регенератов по микроскопической шкале, даже к 24 неделе после операции, не превышала половины от максимально возможной.

Морфометрическое исследование новообразованной ткани по мере заживления полнослойных дефектов гиалинового хряща показало, что динамика изменений в зоне дефекта при использовании различных способов костномозговой стимуляции была близкой: от практически полного отсутствия клеток хондрального ряда в ранние сроки с момента нанесения дефекта (менее 2,5%) до появления их в количестве, несколько меньшем, чем в соответствующей зоне нормального гиалинового хряща: до 11,2% от общего объема в поверхностных слоях регенерата и до 21,2% - в глубоких.

сроки

Рис. 2. Динамика восстановления полнослойных дефектов - гиалинового хряща KOJieitiioi о сустава после субхондральнон туннелизации, абразии и формирования микропереломов по показателям микроскопической оценочной шкалы Писарева В.Б. с соавт. (1998).

Количество клеток хондрального рада увеличивалось в большей степени после субхондральной туннелизации, по сравнению с абразией и формированием микропереломов. Объем матрикса новообразованной ткани при использовании способов «костномозговой стимуляции» во всех наблюдениях не превышал 40%. При сравнении биоптатов, взятых у животных различных групп, было выявлено, что наибольший прирост объема, занимаемого сосудами, как в поверхностных, так и в глубоких слоях регенератов, отмечали после субхондральной туннелизации. Рост соединительной ткани отражал смешанный характер регенеративного процесса. При индуцированной регенерации основной тканеобразующей клеткой становился фибробласт, и в ткани регенерата в различные сроки наблюдения, как в поверхностных, так и в глубоких его слоях, от 48,0% до 80,3% объема составляла соединительная ткань. Следует отметить, что ее количество несколько уменьшалось, по мере увеличения срока эксперимента, что соответствовало нарастанию в регенератах компонентов хрящевой ткани. С этих позиций несколько лучшими выглядели результаты, наблюдавшиеся в группе с субхондральной туннелизацией.

Как показали цитоморфометрические исследования, уже начиная с 8

недели эксперимента хондроциты приобретали черты, свойственные этим клеткам в нормальном гиалиновом хряще. Несколько уменьшался объем их ядра, возрастал общий объем и цитоплазматически-ядерное соотношение. В то же время основные тканевые характеристики хоидроцитов (плотность на единицу длины костно-хрящевой линии, расположение в изо-группах) существенно различались и позволяли отнести новообразованную ткань регенератов к смешанному типу с элементами соединительной ткани, волокнистого и гиалиноподобного хряща.

К 24 неделе после хондропластики способами «костномозговой стимуляции» макроскопические и морфометрические характеристики регсне-ратов I, II, III групп свидетельствовали о завершенности репаративного процесса. Это позволило нам именно в эти сроки провести их полноценное физико-механическое исследование в сравнении с нормальным гиалиновым хрящом.

Согласно литературным данным, многие авторы большую роль в ухудшении отдаленных результатов способов «костномозговой стимуляции» отводили низкой устойчивости регенератов к механическим нагрузкам [Mitchell N. et al., 1976, Buckwa^e J.A. et al., 1997].

Согласно результатам нашего исследования средние значения остаточной деформации регенератов, образующихся в области полнослойных дефектов гиалинового хряща после «костномозговой стимуляции», отражали тенденцию к упрочнению, однако и через 24 недели после хондро-пластики отличались от нормы. Для регенератов I группы (субхондральная туннелизация) остаточная деформация сосгавила 12,71 + 0,79%, для регенератов II (абразия субхондральной кости) и III (формирование микропереломов) групп соответственно 18,62 + 0,90% и 15,43 + 0,82%. Сравнение между собой различных способов «костномозговой стимуляции» в отношении коэффициента жесткости показало, что он был несколько большим у регенератов, образующихся после субхондральной туннелизации. В I группе он составил 7,83 х 10J± 1,62 х 101 Н/м, во II - 7,45 х I0J ± 1,58 х 103 Н/м, в III - 7,24 х 10 3 ± 1,44 х 10J Н/м. Это очевидно связанно с тем, что регенераты в группе I глубже проникали через перфоративные отверстия в субхондральную кость, которая была сохранена в большей степени, а их морфологическая структура имела более упорядоченную организацию.

Наибольшее значение модуля упругости показали регенераты после субхондральной туннелизации (7,26 + 0,18 МПа), несколько меньшее - после абразии (6,47+0,14 МПа) и формирования микропереломов (6,15+С, 16 МПа). Различие величины модуля упругости новообразованной ткани и нормального гиалинового хряща во всех опытных группах было статистически достоверным. При изучении трибологическиех свойств регенератов,

выявлено, что коэффициент трения покоя для пары трения регенерат -стекло в физиологическом растворе хлорида натрия составлял от 0,24 ± 0,02 (субхондральная туннелизация) до 0,31 ±0,03 (абразии), что превосходило аналогичный параметр у нормального гиалинового хряща (р < 0,05).

Линейные корреляции между физико-механическими и цитоморфо-метрическими показателями 24-недельных регенератов, образующихся при различных способах «костномозговой стимуляции», имели во всех опытных группах одинаковое направление и сходное по силе выражение.

Парный корреляционный анализ взаимосвязи количественных характеристик хондроцитов демонстрировал статистически достоверную умеренной силы отрицательную корреляцию с в остаточная деформация регенератов I, II и III групп в пределах от г = -0,56 до г = -0,45. В тоже время рассчитанные коэффициенты линейной корреляции для этого физико-механического показателя с объемной долей матрикса гиалиновый хрящ показали положительную корреляцию г = +0,72 (р < 0,001).

Значения модуля упругости и объемной доли хондроцитов, а также модуля упругости и среднего числа хондроцитов в 1 мм в опытных группах показали между собой статистически достоверную положительную корреляцию, которая составила г = +0,53 и г = +0,37 соответственно. Это указывало на сильную линейную корреляцию между вышеуказанными параметрами. Положительными были линейные корреляции между модулем упругости регенератов и средним объемом хондроцита (г = +0,91) и средним объемом ядра хондроцита (г = +0,43). Сходную направленность корреляций наблюдали и при оценке связи между коэффициентом жесткости регенератов и их цитоморфометрическими параметрами. Однако по силе эти связи были несколько менее выраженными. Корреляционная связь между коэффициентом жесткости регенератов и объёмной долей матрикса признана статистически не достоверной (р > 0,05). Коэффициент трения покоя демонстрировал слабые корреляционные связи, которые были преимущественно слабыми или отсутствовали вообще.

Таким образом, полученные нами данные, позволяют дать теоретическое и экспериментальное обоснование преимуществ экспериментальной модели коленного сустава собаки, установить посредством линейных корреляций взаимосвязь между микростроением и физико-механическими характеристиками гиалинового хряща и определить эффективность способов «костномозговой стимуляции». Полученные результаты расширяют современные представления об общебиологических закономерностях регенераторного процесса в области полнослойных повреждений гиалинового хряща и применимы в эксперименте, учебной и клинической работе.

ВЫВОДЫ

1. Гиалиновый хрящ коленного сустава человека и собаки представляет собой сложный морфофункциональный комплекс, обеспечивающий оптимальное биомеханическое взаимодействие суставных поверхностей надколенника, бедренной и большеберцовой костей.

2. Коленный сустав собаки имеет сходные с коленным суставом человека морфологические и физико-механические характеристики и может быть использован в качестве экспериментальной модели для изучения общебиологических закономерностей репаративного хондрэгенеза.

3. Восстановление полнослойных повреждений гиалинового хряща в коленном суставе после субхондральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов происходит преимущественно волокнистой соединительной тканью и волокнистым хрящом.

4. Физико-механические характеристики 24 недельных регенератов, образующихся после «костномозговой стимуляции», уступают таковым у нормального гиалинового хряща и в меньшей степени отвечают биомеханическим требованиям, предъявляемым к коленному суставу.

5. Эффективность способов «костномозговой стимуляции» достоверно убывает в ряду: субхондральная туннелизация> абразия субхонд-ральной кости > формирование микропереломов.

6. Положительные линейные корреляции между цитоморфометриче-скими и физико-механическими характеристиками гиалинового хряща и регенератов, образующихся после «костномозговой стимуляции» в области экспериментальных полнослойных дефектов, обосновывают важную роль хондрона в обеспечении морфофункционального единства хрящевой ткани.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Трансплантация аллогенных консервированных и свежих менисков в коленных суставах (экспериментальное исследование) // Сб материалов конф. мол. ученых «Новое в решении актуальных проблем травматологии и ортопедии». - М.: ЦИТО, 2000. - С. 152-153. (соавт. Маланин Д.А., Абу Махмуд Шауки, Шилов В.Г.).

2. К вопросу о возможностях хондрогенной дифференцировки мг-зенхимальных плюрипотентных клеток, «культивированных» in vivo // Сб. материалов зимнего Всерос. симпоз. «Коленный и плечевой сустав-ХХ1 век». М.: РМАПДО, 2000 - С. 124-125. (соавт. Маланин Д.А., Писарев Р.Б., Шилов В.Г., Снигур Г. Л., Черезов Л.Л., Михайлов Р.А., Крайнов Е.А.).

3. Использование отечественного препарата «Фибриновый клей» при пластике дефектов суставного гиалинового хряща // Материалы 58-й итоговой н. конф. студентов и мол. ученых Волгоградской медицинской академии. - Волгоград, 2000. - С. 14. (соавт. Крайнов Е.А., Маланин Д.А., Михайлов Р.А.).

4. Надкостничная пластика дефектов покровного хряща в эксперименте // Там же - С. 15. (соавт. Маланин Д.А., Михайлов Р.А., Черезов Л.Л., Шилов В.Г., Крайнов Е.А.).

5. Экспериментальные и клинические аспекты репаративного ховд-рогенеза при повреждениях суставного хряща (на модели коленного сустава) // Морфология компенсаторных и приспособительных процессов при действии стрессорно-повреждающих факторов внешней среды. - Сб. н. трудов ВМА. - Т. 57, вып. 2. - Волгоград, 2001. - С. 74-88. (соавт. Маланин Д.А., Черезов ЛЛ., Снигур Г. Л., Михаилов РА, Крайнов Е.А., Шауки Махмуд А.М., Балуша Г.М.).

6. Влияние способов мезенхимальной стимуляции на заживление хронических полнослойных дефектов суставного гиалинового хряща // Сб. материалов IV конгресса РАО. - М., 2001. - С. 12-13. (соавт. Маланин ДА, Писарев В.Б., Михайлов РА, Снигур Г. Л., Черезов Л.Л., Гуревич Л.М.).

7. «Мозаичная пластика» больших дефектов покровного хряща мыщелков бедренной кости в коленном суставе // Там же - С. 51. (соавторы Маланин Д.А., Писарев В.Б., Михайлов РА, Черезов Л.Л., Егин Е.И., Крайнов Е.А.).

8. Некоторые аспекты изучения хондрогенного потенциала мезенхи-мальных плюрипотентных и малодифференцированных клеток// Там же -- С. 93. (соавторы Снигур Г. Л., Маланин Д.А., Писарев В.Б., Шилов В.Г., Михайлов Р:А., Крайнов Е.А.).

9. Экспериментальная модель дистракционного регенерата костной мозоли как способ изучения хондрогенного потенцала мезенхимальных плюрипотентных и малодифференцированных клеток // Материалы 59-й итоговой н. конфер. студентов и мол. ученых Волгоградской медицинской академии. - Волгоград, 2001.- С. 55-56. (соавторы Маланин Д.А., Шилов В.Г., Снигур Г. Л., Крайнев Е.А., Михайлов Р.А.).

10. Хирургическая тактика при лечении больных с повреждениями покровного хряща в коленном суставе, сочетающимися с нарушением оси конечности и (или) нестабильностью // Там же - С. 54-55. (соавт. Маланин Д.А., Черезов Л.Л., Шилов В.Г., Михайлов Р.А., Снигур Г. Л.).

11. «Мезенхимальная стимуляция» как метод заживления полно-слойных дефектов суставного гиалинового хряща (экспериментальное исследование) // Там же - С. 27-28. (соавт. Маланин Д.А., Михайлов Р.А., Снигур Г. Л., Крайнов Е.А.).

12. Оценка биомеханических характеристик нормального суставного гиалинового хряща коленного сустава человека и собаки // Материалы 60-й юбилейной открытой н. конфер. студентов и мол. ученых Волгоградской медицинской академии. - Волгоград, 2002.- С. 142-143.

13. Экспериментальные аспекты изучения хондрогенного потенциала мезенхимальных плюрипотентных и малодифференцированных клеток, «культивированных» in vivo // Гений ортопедии. - 2002. - №1. - С. 90-98. (соавт. Маланин Д.А., Писарев В.Б., Шилов ВТ., Снигур Г.Л., Черезов Л.Л., Михайлов Р.А.).

14. Мезенхимальная стимуляция как метод заживления полнослой-ных дефектов суставного гиалинового хряща // Актуальные вопросы экспериментальной и клинической морфологии. Выпуск 2. Томск, 2002. - С. 120.

15. Биомеханические свойства регенератов после мезенхимальной стимуляции хронических полнослойных дефектов суставного гиалинового хряща. Экспериментальное исследование. // Вестник Российского гос. мед. университета. - № 1. - 2002. - С. 128.

16. Корреляция морфологических и физико-механических свойств регенератов, образующихся после мезенхимальной стимуляции хронических полнослойных дефектов гиалинового хряща коленного сустава (экс периментальное исследование). // Скорая медицинская помощь. Спец. выпуск. Материалы V конгресса РАО. - 2003. - С. 32-33. (соавт. Маланин Д.А., Новочадов В.В.).

17. Биомеханические аспекты восстановления хронических полно-слойных дефектов гиалинового хряща коленного сустава способами мг-зенхимальной стимуляции (экспериментальное исследование) // Скорая

медицинская помощь. Спец. выпуск. Материалы V конгресса РАО. - 2003. - С. 33. (соавт. Маланин Д.А).

18. Оптимизация гистотопографического восстановления полно-слойных дефектов гиалинового хряща в коленном суставе. // Материалы VII Междунар. н. конфер. «Здоровье семьи - XXI век». - Пермь (Россия), Валетта (Мальта), 2001.- С. 114-115. (соавт. Маланин Д.А., Писарев В.Б., Крайнов Е.А., Снигур Г. Л., Михайлов Р.А., Новочадов В.В.).

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ

Подписано в печать 24.10.03. Формат 60х 84/16 Бум. тип. N1. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 63.

Волгоградский государственный медицинский университет 400066, Волгоград, Пл. Павших борцов, 1

29 68

Актуальность проблемы

В последние годы в связи с ростом травматологической и дегенеративной патологии гиалинового хряща коленного сустава особую актуальность приобретает изучение общебиологических закономерностей его регенерации [Поляков В.Ю., 1997; Никитин В.В. с соавт., 1999; Трачук А.П. с соавт., 2000; Labs К. et al„ 1998; Alfredson Н. et al., 1999; Angerman P. et al.,

2002]. Известно, что спонтанное восстановление полнослойных повреждений суставного хряща не полноценно в морфофункциональном отношении и осуществляется преимущественно за счет кратковременной пролиферативной и синтетической активности хондроцитов [Лаврищева Г.И. с соавт., 1996, 2002; Mandelbaum В. et al., 1998; Wei X. et al., 1999; Athanasiou K.A. et al., 2001]. В связи с этим для повышения репаративных возможностей полнослойных повреждений гиалинового хряща коленного сустава используют разнообразные способы хондропластики, изучение эффективности и совершенствование которых является актуальной задачей [Балуша Г.М., 2002; Minas Т. et al., 1997, Erggelet С. et al., 1999; Bruns J. et al.,

2003].

В настоящее время среди способов хондропластики широкое распространение получили субхондральная туннелизация, абразия и формирование микропереломов субхондральной кости, объединенные названием - «костномозговая стимуляция» [Неверкович А.С. с соавт., 1996; Маланин Д.А., 2002; Frenkel S.R. et al, 1994; Rodrigo J.J. et al., 1994; Steadman J.R., 1999; Sledge S.L., 2001]. По литературным данным «костномозговая стимуляция» приводит к восстановлению полнослойных дефектов гиалинового хряща коленного сустава и улучшению состояния больных [Троценко В.В., 1993; Hunziker Е.В. et al., 1996; Buckwalter J.A. et al., 1997; Newman A.R, 1998; Nehrer S. et al., 1999]. Однако особенности строения регенератов, образующихся после применения субхондральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов субхондральной кости, мало изучены и недостаточно согласованны с реальным восстановлением функции коленного сустава.

Актуальной проблемой при оценке результатов хондропластики является исследование физико-механических свойств образующихся регенератов [Wong М. et al., 1997; Lane J.G. et al., 2001; Warner M.D. et al., 2001]. В отдельных публикациях отмечено, что прочностные, деформативные и трибологические параметры ткани, заполняющей область полнослойного повреждения гиалинового хряща после хирургического лечения, играют важную роль в нормализации функции коленного сустава [Nabavi-Tabrizi A. et al., 2002; Carter D.R. et al., 2003]. Однако отсутствие стандартных методик физико-механических испытаний и различия в условиях проведения эксперимента не позволяют однозначно судить о биомеханических свойствах, как самого гиалинового хряща, так и образующихся в области его дефектов регенератов.

Для изучения общебиологических закономерностей репаративного хондрогенеза в эксперименте актуален выбор лабораторного животного. Многие авторы в качестве экспериментальной модели используют коленный сустав собаки [Thompson R.C.J, et al., 1991; Wei X. et al., 1999; Jurvelin J.S. et al, 2000; Lee C.R. et al., 2003; Liu W. et al., 2003]. Известно, что особенности строения и биомеханики суставов различных видов млекопитающих отражаются на структурной организации и физико-механических свойствах гиалинового хряща [Crum J.A. et al., 2003]. В тоже время в литературе отсутствует обоснование использования коленного сустава собаки для изучения регенерации гиалинового хряща, что актуально при экстраполяции экспериментальных данных в клинику.

Таким образом, учитывая важность изучения общебиологических закономерностей регенерации полнослойных повреждений гиалинового хряща коленного сустава, сравнительная оценка его морфологических и физико-механических свойств у человека и собаки, а также определение эффективности способов «костномозговой стимуляции», являются актуальными задачами, решение которых имеет не только научный, но и практический интерес.

Цель работы.

Выявить морфофункциональные особенности гиалинового хряща коленного сустава человека и собаки в норме и при «костномозговой стимуляции» его экспериментальных полнослойных повреждений.

Задачи исследования:

1. Изучить особенности строения и физико-механических свойств гиалинового хряща коленного сустава человека и собаки.

2. Обосновать преимущества использования экспериментальной модели коленного сустава собаки для изучения репаративного хондрогенеза.

3. Установить особенности строения и физико-механических свойств регенератов, образующихся в области экспериментальных полнослойных дефектов гиалинового хряща коленного сустава после субхондральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов.

4. Определить корреляции между физико-механическими и морфометрическими параметрами гиалинового хряща коленнсго сустава в норме и при регенерации его экспериментальных полнослойных повреждений.

Научная новизна.

Впервые проведено сравнительное изучение макро-, микроструктуры, деформативно-прочностных и трибологических свойств гиалинового хряща коленного сустава человека и собаки и определены средние значения его основных макро-, микроморфометричеких и физико-механических параметров.

Впервые дано научное обоснование использования коленного сустава собаки в качестве экспериментальной модели для изучения регенерации гиалинового хряща. Показаны сходства и различия морфологических и физико-механических свойств нормального гиалинового хряща человека и собаки.

Выявлено, что расположение средних значений площади гиалинового хряща надколенника, мыщелков бедренной и болыпеберцовой костей в порядке убывания у человека и собаки однотипно.

Выяснено, что зоны гиалинового хряща коленного сустава собаки по расположению и строению аналогичны гиалиновому хрящу человека.

Дана сравнительная микроморфометрическая характеристика поверхностных и глубоких слоев гиалинового хряща надколенниковой поверхности бедренной кости человека и собаки. Впервые продемонстрировано, что остаточная деформация и коэффициент трения покоя гиалинового хряща коленного сустава человека и собаки имеют сходные значения.

Впервые в различные сроки наблюдения изучены морфологические и физико-механические свойства ткани, образующейся после субхондральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов в области полнослойных дефектов гиалинового хряща коленных суставов. Выявлено, что восстановление полнослойных повреждений гиалинового хряща коленного сустава после выполнения различных способов «костномозговой стимуляции» происходит преимущественно за счет образования волокнистой соединительной ткани и волокнистого хряща, а деформативные, прочностные и трибологические характеристики регенератов отличаются от таковых у нормального гиалинового хряща. Впервые показано, что наиболее полноценное гистотопографическое и биомеханическое восстановление полнослойных повреждений гиалинового хряща происходит после субхондральной туннелизации.

В работе впервые выявлены линейные корреляции между цитоморфометрическими и физико-механическими показателями гиалинового хряща и 24 недельных регенератов, образующихся после «костномозговой стимуляции» в области его полнослойных дефектов в коленном суставе. Установлено, что количественные и качественные характеристики хондроцитов имеют умеренную или сильную положительную связь с коэффициентом жесткости и модулем упругости, а отрицательную - с остаточной деформацией.

Научно-практическая значимость.

Полученные данные дополняют современные представления сравнительной и функциональной анатомии о строении и физико-механических свойствах гиалинового хряща коленного сустава.

Обоснование использования коленного сустава собаки для изучения регенерации гиалинового хряща может быть учтено при выборе лабораторного животного и экстраполяции экспериментальных данных в клинику.

Полученные результаты расширяют современные представления о закономерностях восстановления полнослойных повреждений гиалинового хряща коленного сустава при спонтанной регенерации и после субхондральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов, что является основанием для последующих фундаментальных исследований Морфологии суставов.

Выявленные особенности каждого из способов «костномозговой стимуляции» могут быть учтены в травматологии и ортопедии для дифференцированного подхода к их использованию и разработки новых методов хондропластики.

Установленные положительные линейные корреляции между цитоморфометрическими и физико-механическими параметрами гиалинового хряща коленного сустава и регенератов в области его полнослойных повреждений могут иметь значение для оценки степени восстановления функции коленного сустава.

Полученные данные могут быть использованы в учебном процессе на морфологических и ряде клинических кафедр.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Коленный сустав собаки по строению и физико-механическим свойствам гиалинового хряща сопоставим с коленным суставом человека и может быть использован в качестве экспериментальной модели для изучения закономерностей репаративного хондрогенеза.

2. Способы «костномозговой стимуляции» повышают возможности регенеративного процесса в области экспериментальных полнослойных дефектов гиалинового хряща коленного сустава и приводят к формированию волокнистой соединительной ткани и волокнистого хряща. Регенераты, образующиеся после субхондральной туннелизации, демонстрируют лучшие гистотопографические и физико-механические свойства.

3. Положительная корреляционная связь между морфометрическими и деформативно-прочностными параметрами гиалинового хряща и его регенератов детерминирована хондронной организацией хрящевой ткани и характеризует её морфофункциональное единство.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на итоговых научных сессиях Волгоградской медицинской академии (Волгоград, 2000-2002); XVIII-XX конференциях молодых ученых Волгоградской медицинской академии (Волгоград, 2000-2002); VII и VIII региональных конференциях молодых ученых и студентов Волгоградской области (Волгоград, 2000, 2001); научно-практической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения проф. Касабьян С.С. (Волгоград, 2001); IV Всероссийском Конгрессе Российского Артроскопического Общества (Москва, 2001); V Всероссийском Конгрессе Российского Артроскопического Общества (Санкт-Петербург, 2003).

Работа апробирована на совместном заседании кафедр патологической анатомии, анатомии человека, гистологии, цитологии и эмбриологии, травматологии и ортопедии с курсом военно-полевой хирургии, судебной медицины, и проблемной комиссии по морфологии Волгоградского государственного медицинского университета 14 октября 2003 года.

По теме диссертации опубликовано 18 научных работ в отечественной и зарубежной печати. Получено 2 удостоверения на рационализаторские предложения.

Реализация и внедрение результатов работы.

Работа выполнена на кафедре анатомии человека Волгоградского государственного медицинского университета (заведующий кафедрой, доктор медицинских наук, профессор Краюшкин А.И.) и в лаборатории артрологии и ортопедической косметологии отдела общей и экспериментальной патологии Волгоградского научного центра РАМН и Администрации Волгоградской области (руководитель отдела, доктор медицинских наук, профессор Писарев В.Б.).

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс на кафедрах анатомии человека, патологической анатомии и травматологии и ортопедии с курсом военно-полевой хирургии Волгоградского государственного медицинского университета, практические рекомендации используются в работе МУЗ ГКБ № 25 г. Волгограда, Городского центра ортопедии и косметологии г. Волгограда.

Структура и объем диссертации.

Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц и 39 рисунков. Она состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов и списка использованной литературы, который содержит 254 источника (78 на русском и 176 на иностранных языках).

ВЫВОДЫ

1. Гиалиновый хрящ коленного сустава человека и собаки представляет собой сложный морфофункциональный комплекс, обеспечивающий оптимальное биомеханическое взаимодействие суставных поверхностей надколенника, бедренной и болынеберцовой костей.

2. Коленный сустав собаки имеет сходные с коленным суставом человека морфологические и физико-механические характеристики и может быть использован в качестве экспериментальной модели для изучения общебиологических закономерностей репаративного хондрогенеза.

3. Восстановление полнослойных повреждений гиалинового хряща в коленном суставе после субхондральной туннелизации, абразии и формирования микропереломов происходит преимущественно волокнистой соединительной тканью и волокнистым хрящом.

4. Физико-механические характеристики 24 недельных регенератов, образующихся после «костномозговой стимуляции», уступают таковым у нормального гиалинового хряща и в меньшей степени отвечают биомеханическим требованиям, предъявляемым к коленному суставу.

5. Эффективность способов «костномозговой стимуляции» достоверно убывает в ряду: субхондральная туннелизация > абразия субхондральной кости > формирование микропереломов.

6. Положительные линейные корреляции между цитоморфометрическими и физико-механическими характеристиками гиалинового хряща и регенератов, образующихся после «костномозговой стимуляции» в области экспериментальных полнослойных дефектов, обосновывают важную роль хондрона в обеспечении морфофункционального единства хрящевой ткани.