Morphologic Substantiation of Distraction as a Preparatory Step for Bioactive Interphalangeal Hand Joint Arthroplasty in Fibrous Ankylosis

Full Text

Введение. Механическая травма и ее последствия в настоящее время занимают одно из ведущих мест в структуре общего травматизма населения. Ее осложнения могут приводить как к стойкой утрате трудоспособности, так и к инвалидизации пострадавших. На долю травм мелких суставов кисти в общей структуре механических повреждений приходится до 25% [1]. Сама травма, а также длительная иммобилизация поврежденных суставов нередко становятся причиной патологических изменений в суставах кисти, обусловливающих развитие фиброзных анкилозов. Несмотря на внедрение в широкую клиническую практику эндопротезирования мелких суставов кисти, разработка операций, направленных на восстановление суставных поверхностей и мягких тканей, формирующих сустав, остается по-прежнему актуальной проблемой хирургии кисти [2]. Метод дистракции используется в лечении больных с травматическими повреждениями опорно-двигательного аппарата, а также при операциях на мелких суставах кисти [3]. Однако при выполнении таких операций возникают определенные трудности, связанные с небольшими размерами суставных концов, малым объемом суставной полости и незначительной толщиной жировой клетчатки, отделяющей кожу от капсулы сустава, что повышает риск развития осложнений в послеоперационном периоде [2]. Осуществить доступ к внутрисуставным патологическим образованиям в настоящее время возможно двумя способами: либо одномоментно, травматичным широким доступом через капсулу сустава с рассечением и иссечением внутрисуставных патологических структур, ограничивающих мобильность суставных концов; либо применить двухэтапную технологию артропластики: на первом этапе наложить чрескостный аппарат, с помощью которого осуществить постепенное расширение суставной щели до 10-12 мм, на втором - снять дистракционный аппарат и через разрез в дистрагированной капсуле по нейтральной линии и только в проекции расширенной суставной щели удалить дистрагированные внутрисуставные образования. Однако проведение резекционной артропластики с дозированной дистракцией и использованием аппарата внешней фиксации не сопровождается восстановлением структуры и функции капсулы сустава, а также суставных поверхностей, а по мнению ряда авторов, наоборот, сама дистракция способствует развитию рубцовых изменений околосуставных тканей, связочного аппарата, капсулы суставов [4]. Понимание морфологических изменений, происходящих в дистрагируемых мягких тканях, позволило бы во многом определиться с тактикой лечения посттравматических анкилозов и обосновать применение метода дистракции как подготовительного этапа биоактивной артропластики, предусматривающей использование мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток (ММСК) - биоактиваторов регенераторного процесса в условиях дистракции, направленного на восстановление как суставных поверхностей, так и измененной капсулы проксимальных межфаланговых суставов кисти при фиброзном анкилозе. Цель исследования: изучить характер и степень выраженности морфологических изменений капсулы проксимального межфалангового сустава кисти при фиброзном анкилозе до и после дистракции. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Были изучены мелкие фрагменты капсулы анкилозированных проксимальных межфаланговых суставов кисти 11 пациентов после полученной механической травмы (7 женщин и 4 мужчин в возрасте 30-60 лет). После предварительного препарирования стенки капсулы от коллатеральных связок интраоперационно по нейтральной линии с лучевой или локтевой стороны осуществляли забор 1 фрагмента капсулы. Образцы отбирали в момент установки (группа до дистракции) и через 2 мес после снятия дистракционного аппарата (группа после дистракции). Контрольную группу (условной нормы) составили 6 аутопсийных образцов мелких фрагментов капсул проксимальных межфаланговых суставов кисти пациентов, скончавшихся от сердечно-сосудистых заболеваний. Контрольная группа была сформирована для оценки вектора направленности количественных и качественных изменений клеточных структур и микрососудистого русла в опытных группах. После предварительной фиксации материала в растворе нейтрального формалина изготавливали образцы ткани для гистологического исследования. Стандартную гистологическую проводку осуществляли на аппарате Excelsior ES («Thermo Scientific», США). После проводки готовили парафиновые блоки с использованием заливочной станции HistoStar («Thermo Scientific», США). Серийные срезы толщиной 4-6 мкм получали на микротоме Microm HM 325 («Thermo Scientific», США). Срезы окрашивались по Ван-Гизону, гематоксилином и эозином. Исследовали структуру капсулы и ее клеточный состав. Параллельно проводили количественную, качественную и функциональную оценку тучных клеток, используя окраску основным коричневым по М.Г. Шубичу. Морфометрический анализ микропрепаратов с выделением фибробластов и фиброцитов и тучных клеток проводили в 10 полях зрения при 400-кратном увеличении с последующей оценкой и анализом полученных данных методами непараметрической статистики. Площадь сосудистого русла определяли как отношение площади сосудов к общей площади препарата, умноженное на 100%. Иммуногистохимическое (ИГХ) исследование проводилось на депарафинированных и дегидратированных гистологических срезах толщиной 4 мкм. Для демаскировки антигенов исследуемых тканей срезы подвергали высокотемпературной обработке в PT modul («Thermo scientific», США) при температуре 98°С в течение 20 мин. Протокол окрашивания включал в себя инкубацию клеток с первичными антителами и визуализацию с использованием системы детекции UltraVision Quanto («Lab Vision Corporation», США). Были использованы моноклональные мышиные антитела к антигену CD117, clon T595 и CD68, clon 514H12 («Leyca Biosystems», Великобритания), к Mast cell tryptase, clon AA1 («Dako», Дания), к СD 31, clon JC/70A, СD 34, clon QBEnd/10, CD45, clon PD/26/16+2B11, CD3, clon SP7, CD20, clon L26 и Smooth muscle actin, clon 1A4, кроличьи моноклональные антитела Ki67, clon SP6 («Lab Vision Corporation», США). Результаты представлены в виде медианы (Me) и интерквартильного размаха (25%; 75%). Для выявления различий по исследуемым параметрам между независимыми группами был использован U-критерий Манна - Уитни, при сравнении двух зависимых групп - Т-критерий Вилкоксона. Степень согласованности изменений исследуемых параметров определялась по ранговому коэффициенту корреляции Спирмена (r). Различия считали статистически значимыми при p<0,05. РЕЗУЛЬТАТЫ Гистологическая картина образцов мелких фрагментов капсулы проксимальных межфаланговых суставов кисти до дистракции характеризовалась наличием неравномерно клеточных участков плотной волокнистой соединительной ткани с разнонаправленным или более упорядоченным расположением коллагеновых волокон, очагами гиалиноза, немногочисленными фиброцитами, фибробластами, тучными клетками и редко расположенными мелкими сосудами, просветы которых были выполнены уплощенными клетками - эндотелиоцитами (рис. 1, 2). Синовиальная выстилка практически полностью отсутствовала и была представлена лишь мелкими единичными синовильными клетками, которые были расположены по краю рубцово измененной капсулы и находились в состоянии выраженных дистрофических изменений. В микропрепаратах дистрагированной капсулы констатировали упорядоченное расположение коллагеновых волокон с заметным возрастанием клеток фибробластического ряда, местами образующих скопления по ходу коллагеновых волокон (рис. 3). Имело место заметное увеличение числа клеток, сходных с синовиоцитами, располагающихся по краю внутренней поверхности дистрагированной капсулы (рис. 4). В то же время отмечалось возрастание количества новообразованных сосудов капиллярного типа, просветы которых были ограничены одним или двумя рядами овальных клеток - эндотелиоцитов. В зоне новообразованных сосудов имелись скопления довольно крупных клеток с овальными светлыми ядрами, имевших сходство с гистиоцитами, а также мелкие скопления округлых клеток с гиперхромными ядрами, базофильной цитоплазмой. Вновь образованные сосуды выстраивались в цепочки параллельно ходу коллагеновых волокон (рис. 5, 6). Наряду с ростом количества ориентированных сосудов и клеток фибробластического ряда после дистракции отмечен также значительный рост числа тучных клеток (рис. 7). В части препаратов после дистракции среди коллагеновых волокон определялись мелкие очаги некроза и кровоизлияний. Проведенные в дальнейшем морфометрические исследования позволили объективизировать в цифровом выражении полученные морфологические данные (см. таблицу). Площадь сосудов в ткани капсулы фиброзно анкилозированного сустава после дистракции увеличилась почти в 3,5 раза (p=0,0033), не превышая значений в группе контроля. Подтверждением этому явилось максимальное увеличение индекса пролиферативной активности после дистракции в пуле клеток, принимающих участие в формировании сосудов (см. таблицу, рис. 8) . Общее количество клеточных элементов в дистрагированных тканях превышало таковое до дистракции в 1,35 раза (p=0,0179). Аналогичная тенденция определялась и при сравнении с контрольной группой, хотя различия были статистически не значимыми (p>0,05). Увеличение общего числа клеточных элементов во многом связано с возрастанием пула фибробластов, число которых превышало их уровень до дистрации в 4 раза (p=0,0076), а по сравнению с контрольной группой - в 2,5 раза (p=0,0059). В то же самое время количество фиброцитов после дистракции оставалось самым низким. Известно, что фиброзирование суставов сопровождается повышением количества тучных клеток [5, 6]. В капсуле фиброзно анкилозированного сустава пациентов до проведения дистракции тучные клетки визуализировались в количестве 4-7 в поле зрения, что в 2,7 раза меньше, чем в контрольной группе (р=0,0058), при этом большая часть из них представляла собой максимально и частично дегранулированные формы, которые определялись как периваскулярно, так и среди волокон (рис. 9). После дистракции, параллельно с активацией процессов ангиогенеза, происходило увеличение в 3,4 раза количества зрелых тучных клеток (p=0,0058). Клетки располагались скоплениями по ходу многочисленных цепочек вновь образованных сосудов. Зрелые тучные клетки были представлены частично и максимально дегранулированными формами клеток. После дистракции значительно увеличилось количество частично дегранулированных форм тучных клеток, превысив их уровень до дистракции в 6 раз (p=0,0033) и значения в контрольной группе в 2 раза (p=0,0007). Количество максимально дегранулированных форм клеток увеличилось в 3 раза (p=0,0030) по сравнению с недистрагированной фиброзной тканью капсулы сустава, превышая значения в группе контроля в 1,3 раза (p=0,0011; см. рис. 9). Следует отметить появление единичных распадающихся форм тучных клеток, представленных скоплением метаболических гранул в дистрагированных тканях, которые отсутствовали в группе до дистракции и контрольной группе. Таким образом, после дистракции отмечалось увеличение числа фибробластов и тучных клеток на фоне снижения числа фиброцитов (рис. 10). Увеличение содержания фибробластов и тучных клеток коррелировало с повышением количества вновь образованных сосудов на единицу площади ткани (соответственно r=0,82, p=0,0120 и r=0,73, p=0,0204; см. таблицу). ОБСУЖДЕНИЕ При дистракции дистрагируемые мягкие ткани попадают в стрессовые условия за счет перерастяжения волокнистых структур [7, 8]. Механическое воздействие на мягкие ткани, в данном случае дистрагируемую капсулу, преобразуется в каскад молекулярных сигналов, который активирует клеточные элементы и вызывает повышение их пролиферативной активности [9, 10]. Это мы и наблюдали на примере фибробластов, количество которых значительно увеличилось после дистракции с одномоментным снижением содержания фиброцитов. Адаптационные механизмы, развивающиеся в ответ на дистракцию, сопровождаются выраженными проявлениями неоангиогенеза [11, 12], повышением уровня гликозаминогликанов [13-16]. Общая площадь сосудистого русла в дистрагированной соединительной ткани в 2,5 раза превышала площадь сосудистого русла до дистракции. Особое внимание заслуживает изменение количества тучных клеток, наблюдаемое после дистракции. Их число возросло почти в 3 раза по сравнению с показателем до дистракции. Выросло число частично дегранулированных тучных клеток по сравнению с тканью без дистракции и контролем, среди которых появились распадающиеся формы. Тучные клетки многофункциональны. В литературе достаточно широко представлены сведения об активном участии тучных клеток в воспалительном процессе, ангиогенезе, а также репаративных процессах [17, 18]. Наличие в тучных клетках, с одной стороны, протеолитических ферментов, биогенных аминов, цитокинов, т.е. факторов, поддерживающих воспаление и протеолиз, с другой - факторов, блокирующих воспаление и протеолиз, усиливающих регенераторные процессы, подчеркивает их широкие регуляторные возможности. Сульфатированные гликозаминогликаны, входящие в состав тучных клеток, угнетают активность протеолитических ферментов, апоптоз клеток, индуцированный повреждающими факторами, а также снижают синтез липидов, препятствуя тем самым процессам деградации, эти соединения принимают непосредственное участие в построении самих коллагеновых волокон и межклеточного матрикса в целом [19]. Повышение содержания клеточных элементов после дистракции - фибробластов, тучных клеток, эндотелиоцитов, а также числа новообразованных сосудов позволяет говорить о повышенной пролиферативной активности соединительной ткани в ответ на дистракцию, взаимном влиянии друг на друга различных типов клеток. Высокая биологическая активность тучных клеток дает основание предполагать возможность их непосредственного участия в дифференцировке клеточного микроокружения в ответ на возникающие в мягких тканях стрессовые ситуации. Как и тучные клетки, содержащие в своей цитоплазме гиалуроновую кислоту [20], синовиоциты, количество которых увеличилось после дистракции, также содержат в своей цитоплазме гиалуроновую кислоту. Этот факт, возможно, связан с универсальностью тучных клеток. Заключение. Таким образом, метод дистракции способствует увеличению объема микроциркуляторного русла, упорядочению архитектоники соединительной ткани капсулы, повышению количества клеток типа фибробластов, тучноклеточной популяции, создавая тем самым структуру, в определенной мере приближающуюся к неизмененной капсуле, обладающей высоким пролиферативным потенциалом, который может использоваться в качестве подготовительного этапа биоактивной артропластики фиброзно анкилозированных межфаланговых суставов кисти.

About the authors

S. N Bugrov

Privolzhsky Federal Medical Research Centre

Email: ser17619822009@yandex.ru
Nizhny Novgorod, Russia

D. V Davydenko

Privolzhsky Federal Medical Research Centre

Nizhny Novgorod, Russia

N. Yu Shirokova

Privolzhsky Federal Medical Research Centre

Nizhny Novgorod, Russia

A. V Novikov

Privolzhsky Federal Medical Research Centre

Nizhny Novgorod, Russia

S. V Petrov

Privolzhsky Federal Medical Research Centre

Nizhny Novgorod, Russia

References

Supplementary files