Biochemical Changes in Tissues and Synovial Fluid of Hip Joint in Congenital and Degenerative-Dystrophic Diseases in Children and Adolescents

Full Text

Введение. Заболевания тазобедренного сустава у детей и подростков зачастую становятся причиной развития необратимых изменений и приводят к развитию остеоартроза. По данным разных авторов, коксартроз как следствие врожденных и дегенеративно-дистрофических заболеваний детского и подросткового возраста развивается в 37-85% случаев [1-3]. Известно, что коксартроз - это полиэтиологическое заболевание, однако к настоящему времени установлено, что основным звеном патогенеза данного заболевания является дегенерация хрящевой ткани суставных поверхностей с нарушением метаболических процессов в хряще. На первых этапах развития остеоартроза изменяется проницаемость сосудов синовиальной оболочки сустава, что приводит к нарушению обменных процессов [4]. Изменения состава синовиальной жидкости обусловливают нарушение ее свойств и развитие асептического воспалительного процесса с вовлечением хряща и развитием его дегенеративных изменений [4]. Кроме того, существует мнение, что дегенеративные изменения захватывают не только хрящевую ткань, но и все ткани сустава, включая костную [1]. К настоящему времени проведено немало исследований, посвященных изучению биохимических изменений в структурах сустава при остеоартрозе у взрослых [5-8]. Все чаще исследователи, пытаясь объяснить причины дегенерации хрящевой ткани при заболеваниях опорно-двигательного аппарата, обращают внимание именно на нарушение метаболических процессов в тканях сустава [1, 5, 6, 8-11]. При этом все авторы отмечают однотипность биохимических изменений в структурах сустава на разных стадиях развития остеоартроза, независимо от его первопричины. Установлено, что биохимически остеоартроз у взрослых характеризуется снижением концентрации протеогликанов в суставном хряще, нарушением их агрегации, что является одним из самых ранних биохимических симптомов остеоартроза [6]. Выявлены значительные различия биохимического состава хряща тазобедренного сустава человека в нагружаемых и ненагружаемых отделах, где суставной хрящ подвергается меньшей нагрузке и меньшему износу [15]. Данное обстоятельство, вероятнее всего, и провоцирует раннюю дегенерацию хряща и последующее развитие раннего артроза. Что касается особенностей химического состава, метаболизма тканевых структур тазобедренного сустава на этапе первичного заболевания, а именно у детей при врожденной суставной патологии (дисплазия, врожденный вывих бедра - ВВБ) или при развитии приобретенных заболеваний (болезнь Легга - Кальве - Пертеса (далее болезнь Пертеса), патологический вывих бедра - ПВБ), приводящих впоследствии к артрозу, то они практически отсутствуют [12]. Имеются работы по оценке неспецифической резистентности у детей с ВВБ на основании определения в крови уровня хрящевого олигомерного матриксного протеина - маркера обмена хрящевой ткани и содержания среднемолекулярных пептидов - интегрального показателя метаболических нарушения [13]; у детей с дисплазией соединительной ткани определяли содержания в крови маркеров синтеза (PINP и остеокальцин) и резорбции (β-crosslaps) костной ткани [14]. Однако работ по исследованию метаболических изменений в тканевых структурах тазобедренного сустава у детей мы не встретили. Целью настоящего исследования было изучить биохимические изменения в тканях и синовиальной жидкости тазобедренного сустава при врожденных и приобретенных его заболеваниях в детском и подростковом возрасте путем определения в биологическом материале (синовиальная жидкость и резекционный материал тканей сустава) маркеров деградации внеклеточного матрикса соединительной ткани. ПАЦИЕНТЫ И МЕТОДЫ С 2005 по 2012 г. в Центре детской ортопедии ЦИТО совместно с клинико-диагностической лабораторией ЦИТО проведено биохимическое исследование тканей и синовиальной жидкости тазобедренного сустава у 72 детей и подростков с врожденным и патологическим вывихом бедра, болезнью Пертеса, асептическим некрозом головки бедренной кости (АНГБК), ранним коксартрозом. Возраст обследованных пациентов варьировал от 1 года до 18 лет. Биохимическое исследование тканевых компонентов тазобедренного сустава проведено у 34 пациентов, из них у 9 с ВВБ, у 5 с ВВБ, осложненным АНГБК (ВВБ+АНГБ), у 7 с ПВБ, у 6 с болезнью Пертеса и у 7 с ранним коксартрозм. Данный материал собран и публикуется впервые. Забор тканей тазобедренного сустава осуществляли во время оперативного вмешательства (открытое вправление, корригирующая остеотомия проксимального отдела бедренной кости, эндопротезирование тазобедренного сустава). Исследовали хрящевую ткань головки бедренной кости, костную ткань проксимального отдела бедренной кости, рубцовую ткань из полости тазобедренного сустава. В образцах оценивали содержание коллагена, гликозаминогликанов и гликопротеинов. Изучаемые показатели определяли в сухой обезжиренной ткани. Для суждения о содержании гликозаминогликанов определяли гексуроновые кислоты карбазоловым методом после 2-часового гидролиза в 2Н соляной кислоте при 100˚С [5]. Гексозы, связанные с белками, определяли антроновым методом. Об обмене коллагена в исследуемых тканях судили по уровню оксипролина после 8,5-часового гидролиза в 6Н соляной кислоте при 100˚С. Оксипролин определяли по методу G. Bergman и R. Loxley в модификации А.А. Крель и Л.Н. Фурцевой [16]. Содержание гексуроновых кислот, гексоз и оксипролина в тканях выражали в мг на 1 г массы сухой ткани. В качестве контроля использовали данные литературы [5, 6, 17]. Исследование биохимического состава синовиальной жидкости тазобедренного сустава выполнено у 38 детей, из них у 16 с ВВБ, у 10 с ВВБ+АНГБ и у 12 с болезнью Пертеса). Забор синовиальной жидкости осуществляли непосредственно перед оперативным вмешательством, на этапе вводного наркоза, посредством пункции тазобедренного сустава. В синовиальной жидкости определяли содержание гиалуронана (гиалуроновой кислоты), общего белка и белковых фракций, альбумина, глюкозы, оценивали активность щелочной фосфатазы (ЩФ). Исследования проводили на анализаторе Clima МС-15 (Испания) с применением наборов фирмы «Roche». Электрофорез белков выполняли в агарозном геле с использованием автоматической электрофоретической системы Hydrasys («Sebia», Франция) после предварительной деполимеризации гиалуроновой кислоты тестикулярной гиалуронидазой. Концентрацию гиалуроновой кислоты определяли по методу B. Decker в модификации Л.И. Слуцкого [5]. В связи с невозможностью получения синовиальной жидкости из тазобедренного сустава у здоровых детей и отсутствием данных по биохимическим показателям тканевых компонентов и синовиальной жидкости тазобедренного сустава у детского контингента в качестве контроля использовали нормативные показатели содержания этих веществ у взрослых [18, 19]. Статистическую обработку полученных результатов проводили методом вариационной статистики по Стъюденту [20]. Все данные представлены как средние значения (М) и стандартная ошибка среднего (m). Статистическую значимость различий оценивали с помощью t-критерия Стьюдента. Достоверными считали различия при р≤0,05. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Как видно из табл. 1, содержание оксипролина в хрящевой ткани было повышено у пациентов с ВВБ, болезнью Пертеса и ПВБ. При ВВБ, осложненном АНГБК, данный показатель снижался до 55,4±14,6 мг/г. При коксартрозе содержание оксипролина в хрящевой ткани было в пределах нормы, составив 62,45±19,9 мг/г. В костной ткани у больных всех групп концентрация оксипролина оказалась равномерно повышенной в сравнении с нормой. Существенной разницы по уровню повышения этого показателя у больных разных нозологических групп мы не отметили. Анализируя показатели оксипролина в хрящевой ткани головки бедра, как маркера уровня коллагена в суставном хряще, можно предположить, что повышение его содержания у пациентов с врожденным и патологическим вывихом бедра, болезнью Пертеса является следствием увеличения синтеза коллагена, так как все эти заболевания относятся к группе общих дисплазий, при которых выявляются изменения структуры, качества и типов коллагена, что может приводить к количественным изменениям его показателя - оксипролина [5]. Содержание гексуроновых кислот в покровном хряще головки бедренной кости было снижено у больных с ВВБ+АНГБК и у больных коксартрозом, повышено - у пациентов с врожденным и приобретенным вывихом бедра и болезнью Пертеса (см. табл. 1). Что касается содержания гексуроновых кислот в костной ткани тазобедренного сустава, то оно было повышено во всех группах, особенно у детей с болезнью Пертеса (4,5±0,9 мг/г), ВВБ+АНГБК (3,7±1,7 мг/г) и с ПВБ (3,5±1,2 мг/г) при норме 1,1±0,3 мг/г. Уровень гексоз, связанных с белками, в хрящевой ткани у всех больных был повышен, наиболее выраженно - при болезни Пертеса (48,7±25,2 мг/г при норме 17,3±5,0 мг/г). В костной ткани также отмечено повышение концентрации гексоз, максимально в группе детей с болезнью Пертеса. У пациентов с ВВБ+АНГБК и ПВБ отмечено незначительное повышение этого показателя (см. табл. 1). Отклонения в содержании гексуроновых кислот и гексоз в суставном хряще детей и подростков с заболеваниями тазобедренного сустава свидетельтвуют о том, что уже на этом этапе развития болезни имеют место не только нарушение обмена гликозаминогликанов, но и метаболические сдвиги гликопротеинов в органическом матриксе пораженной соединительной ткани суставов. Исходя из этого, а также данных литературы, есть основания полагать, что у пациентов всех групп уже имелись начальные проявления дегенеративных изменений хрящевой ткани [1, 5, 6, 8, 9]. При ряде заболеваний (ВВБ, ПВБ, болезнь Пертеса) выявленное компенсаторное повышание синтеза гликозаминогликанов, возможно, указывает на обратимость этих изменений [6]. Также нами были исследованы рубцовая ткань, круглая связка и капсула сустава, взятые у больных во время операции. Концентрация оксипролина и гексоз в них была сопоставима с таковой в покровном хряще сустава. Содержание гексуроновых кислот в этих тканях было в 2 раза ниже, чем в покровном хряще тазобедренного сустава (см. табл. 1). Как видно из табл. 2, концентрация общего белка в синовиальной жидкости тазобедренного сустава у детей с ВВБ составила 32,7±12,0 г/л (при норме 20 г/л), а при осложненном течении ВВБ с развитием АНГБК снижалась до 27,9±9,8 г/л, но все равно превышала норму. В группе пациентов с болезнью Пертеса содержание общего белка оказалось значительно повышено (52,4±7,3 г/л), достигая у некоторых больных 62,3 г/л. Концентрация альбумина во всех группах изменялась аналогично концентрации общего белка в этих же группах. Отмечено перераспределение белковых фракций во всех группах пациентов: снижение уровня α1-глобулинов и увеличение процентного содержания α2-глобулинов, что, по всей видимости, обусловлено наличием подострого или хронического асептического воспаления в суставе. Выраженное увеличение содержания общего белка в синовиальной жидкости обследованных детей и подростков всех групп показывает, что на стадии первичного заболевания имеет место нарушение проницаемости синовиальной оболочки. Ранее проведенными исследованиями [6, 21-23] доказан факт повышения уровня белка в синовии при развитии дегенеративно-дистрофических процессов. Активность ЩФ в синовиальной жидкости при ВВБ и ВВБ+АНГБК была примерно сопоставимой, а при болезни Пертеса была заметно выше, чем в двух предыдущих группах, составив 243±85 Ед/л (см. табл. 2). Полученные данные свидетельствует о разном уровне обменных процессов в суставах при различных заболеваниях и наиболее высокой остеобластической активности при болезни Пертеса. Содержание гиалуроновой кислоты в синовиальной жидкости тазобедренного сустава было повышенным у детей с ВВБ и с ВВБ, осложненным АНГБК (у некоторых больных достигая 9 г/л). При болезни Пертеса, напротив, данный показатель был незначительно снижен (см. табл. 2). Эт указывает на то, что при ВВБ и ВВБ+АНГБК вязкость синовиальной жидкости возрастает, при болезни Пертеса, напротив, вследствие синовита и увеличения объема синовиальной жидкости происходит разведение гиалуронана, что обусловливает снижение смазочных свойств. Синовиальная оболочка становится открытой для медиаторов воспаления, что усиливает явления синовита [5]. Наиболее показательным оказался коэффициент отношения содержания гиалуроновой кислоты к величине общего белка в синовиальной жидкости. Так, при ВВБ этот коэффициент составил 14,7±11,6 (умеренно повышен в сравнении с нормой), а при ВВБ, осложненном АНГБК, - уже 21,2±12,3, повышаясь у отдельных больных до 41,6. П а ц и е н т к а И., 4 года. Диагноз: двусторонний врожденный вывих бедер. Асептический некроз головки правой бедренной кости (рис. 1). Ребенок поступил в стационар для оперативной коррекции. В предоперационном периоде произведен забор синовиальной жидкости из обоих тазобедренных суставов. Установлено, что в синовиальной жидкости правого тазобедренного сустава (с явлениями АНГБК) содержание гиалуроновой кислоты в пересчете на общий белок составило 18,9, в то время как этот показатель в синовиальной жидкости левого тазобедренного сустава (без АНГБК) оказался даже ниже нормы и составил 3,9. У ряда больных, из группы ВВБ, было выявлено низкое содержание гиалуроновой кислоты в пересчете на общий белок (0,9 и 1,8). Проведя анализ и оценив характер течения заболевания, мы выявили, что в этих случаях забор синовиальной жидкости осуществлялся на фоне лечебных манипуляций, связанных с дистракцией, которая привела к развитию реактивного синовита в тазобедренном суставе, сопровождающегося увеличением объема синовиальной жидкости. При этом содержание общего белка возросло, уровень гиалуроновой кислоты снизился, в связи с чем коэффициент их соотношения оказался значительно пониженным. П а ц и е н т Л., 1,5 года. Диагноз: врожденный вывих левого бедра (рис. 2). Поступил в стационар для оперативного вправления вывиха. В качестве подготовительного этапа к вправлению проводилось скелетное вытяжение по методике «over head». Забор синовиальной жидкости осуществлен через 16 дней от начала вытяжения перед операцией по открытому вправлению. Содержание общего белка составило 40 г/л, гиалуроновой кислоты - 1,13 г/л, отношение гиалуроновой кислоты к общему белку - 2, 82. П а ц и е н т к а И., 4 года. Диагноз: врожденный вывих левого бедра (рис. 3). Поступила для оперативного лечения. С целью низведения головки левого бедра выполнена операция: укорачивающая корригирующая остеотомия левой бедренной кости, наложение дистракционного аппарата. Забор синовильной жидкости произведен на 18-е сутки от начала дистракции. Содержание общего белка составило 56,6 г/л, гиалуроновой кислоты - 1 г/л, отношение гиалуроновой кислоты к общему белку - 1,8. У пациентов с болезнью Пертеса при оценке в целом по группе выявлено снижение показателя отношения гиалуроновой кислоты к белку до 4,5±1,7. Однако, оценив состояние пациентов этой группы, мы отметили, что на I-II стадии заболевания, в связи с реактивным синовитом и наличием выпота в полости сустава, происходило снижение уровня гиалуроновой кислоты и увеличение концентрации белка в синовиальной жидкости, сопоставимое с концентрацией в плазме крови, в связи с чем коэффициент отношения гиалуронана к белку был очень низким, достигая 2,3. П а ц и е н т Ч., 8 лет. Диагноз: Легга - Кальве - Пертеса I стадии (рис. 4). Поступил в стационар с болевым синдромом, контрактурой в левом тазобедренном суставе. При обследовании диагностирован синовит левого тазобедренного сустава, выполнена лечебно-диагностическая пункция левого тазобедренного сустава, эвакуировано до 10 мл синовиальной жидкости. Содержание общего белка составило 55 г/л, гиалуроновой кислоты - 2,1 г/л, отношение гиалуроновой кислоты к общему белку - 3,8. На более поздних, III и IV, стадиях заболевания по мере уменьшения выпота в суставе содержание белка в синовиальной жидкости снижалось, уровень гиалуроновой кислоты возрастал и соотношение гиалуроновой кислоты к общему белку увеличивалось до 9,6 (рис. 5). Анализируя полученные при исследовании синовиальной жидкости показатели, такие как увеличение содержания общего белка, перераспределение белкового спектра, изменение содержания уроновых кислот, мы отметили, что в целом они имеют однотипный характер с ранее описанными биохимическими изменениями в синовиальной жидкости у взрослых при остеоартрозах [6, 21-23]. Этот факт может свидетельствовать о том, что уже в детском возрасте на этапе первичного заболевания имеет место нарушение проницаемости синовии с изменениями синовиальной среды в суставе, которое влияет на развитие дегенеративного процесса. Кроме того, прослеживаемые тенденции изменений химического состава синовиальной жидкости связаны с клинической картиной заболевания, стадией обменно-дистрофического процесса и зависят от этапа проводимого лечения. Заключение. Получение образцов тканей тазоберенного сустава для проведения исследования является сложной процедурой. В настоящей работе впервые данный материал был собран у детей с различными заболеваниями тазобедренного сустава, что в какой-то мере определяет уникальность исследования. Несмотря на то что группы исследования по заболеваниям были небольшими и результаты ввиду отсутствия значимости различий должны интерпретироваться как сомнительные, в целом прослеживаются определенные тенденции изменений биохимических показателей в структурах тазобедренного сустава у детей при диспластических и дегенеративных заболеваниях. По нашему мнению, изучение данного вопроса является очень перспективным, так как знание особенностей биохимического состава артикулярных тканей при различных заболеваниях тазобедренного сустава в детском возрасте позволит углубить знания по патогенезу развития дегенеративно-дистрофического процесса, а также оценить прогноз заболевания. Выявление метаболических особенностей обмена синовиальной жидкости, костной и хрящевой тканей, сопоставление этих данных с результатами других методов исследования, клинической картиной заболевания позволит с точностью проводить диагностику прекоксартроза с возможностью профилактики его прогрессирования.

About the authors

O. V Kozhevnikov

N.N. Priorov Central Institute of Traumatology and Orthopaedics

Moscow, Russia

S. E Kralina

N.N. Priorov Central Institute of Traumatology and Orthopaedics

Email: 10otdcito@mail.ru
Moscow, Russia

L. N Furtseva

N.N. Priorov Central Institute of Traumatology and Orthopaedics

Moscow, Russia

I. A Bogdanova

N.N. Priorov Central Institute of Traumatology and Orthopaedics

Moscow, Russia

N. M. Savost’yanova

N.N. Priorov Central Institute of Traumatology and Orthopaedics

Moscow, Russia

References

Supplementary files