Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА I. ВОПРОСЫ ИЗУЧЕНИЯ СУСТАВНОГО ХРЯЩА И СУБХОНДРАЛЬНОЙ КОСТИ ПРИ ОСТЕОАРТРОЗЕ 15
1.1. Структура и особенности метаболизма артикулярных тканей 15
1.2. Гуморальная регуляция процессов роста и развития опорных тканей 30
1.3. Молекулярный уровень изменений при дегенеративно-дистрофических поражениях суставов 44
1.4. Современный взгляд на основные звенья патогенеза остеоартроза 49
1.5. Физиологические механизмы регенерации артикулярных тканей при заболеваниях и травмах суставов 51
ГЛАВА П. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 57
2.1. Характеристика экспериментального материала исследования и ортопедо-травматологических больных
2.1.1. Характеристика экспериментального материала исследования. 57
2.1.2. Характеристика клинического материала исследования 60
2.2. Методы исследования , 63
2.2.1. Методы моделирования дегенеративно-дистрофических поражений коленного сустава 64
2.2.2. Методы исследования суставного хряща и субхондральной кости 66
2.2.3. Методы исследования сыворотки крови и суточной мочи здоровых людей, ортопедо-травматологических больных, экспериментальных животных 69
2.2.4. Методы изучения физико-химических и биологических свойств компонентов костной ткани 70
2.2.5. Статистические методы исследования 76
ГЛАВА Ш. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ХРЯЩА И КОСТНОЙ ТКАНЕЙ СУСТАВОВ ПРИ ИХ ДЕГЕНЕРАТИВНО- ДИСТРОФИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЯХ 77
3.1. Результаты изучения изменений механических свойств и химического состава хряща и костной ткани сустава в условиях применения метода чрескостного дистракционного остеосинтеза 78
3.1.1. Состояние хряща и кости коленного сустава собак в условиях наложения аппарата Илизарова на голень и у интактных животных... 78
3.1.2. Состояние хряща и кости коленного собак в условиях удлинения голени на 30% от ее исходной длины 94
3.1.3. Состояние хряща и костной ткани суставов собак в условиях последовательного удлинения обеих голеней на 30% 106
3.2. Определение зависимости между биохимическими показателями и состоянием артикулярных тканей у больных с различными стадиями дегенеративно-дистрофических заболеваний суставов 118
3.2.1. Сравнительная оценка биохимических показателей сыворотки крови у больных с ранними и поздними стадиями обменно-дистрофического остеоартроза 118
3.2.2. Сравнительная оценка биохимических показателей сыворотки крови у больных с ранними и поздними стадиями асептического некроза головки бедренной кости 127
3.2.3. Результаты изучения изменений механических свойств и химического состава хряща и костной ткани суставов больных с поздними стадиями остеоартроза 133
ГЛАВА IV. СПОСОБЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ПРОЦЕССОВ РЕПАРАТИВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ АРТИКУЛЯРНЫХ ТКАНЕЙ ПРИ ОСТЕОАРТРОЗАХ РАЗЛИЧНОЙ ЭТИОЛОГИИ 144
4.1. Конструирование и апробация препаратов на основе костной щ ткани для профилактики и лечения дегенеративно-дистрофических поражений суставного хряща 144
4.1.1. Изучение физико-химических и физиологических свойств компонентов органического матрикса костной ткани 144
4.1.2. Апробация препарата «Стимбон-3» в эксперименте 152
4.1.3. Разработка средства для профилактики и лечения дегенеративно-дистрофических поражений суставного хряща, включающее производные крови 162
4.2. Разработка способа получения пищевой добавки "Пектибон", ее экспериментальная и клиническая апробация 173
4.2.1. Получение биологически активной пищевой добавки «Пектибон» 175
4.2.2. Изучение физико-химических свойств биологически активной пищевой добавки «Пектибон» 176
4.2.3. Экспериментальная апробация БАД «Пектибон» 187
4.2.4. Клиническая апробация биологически активной пищевой добавки «Пектибон» 192
4.2.4.1.Эффективность применения пищевой добавки «Пектибон» у больных с односторонним коксартрозом П-Ш стадии, сопровождающимся кистозным поражением головки бедренной кости 192
4.2.4.2. Эффективность применения пищевой добавки «Пектибон» у травматологических больных 196
4.2.4.3. Эффективность применения пищевой добавки «Пектибон» здоровыми людьми 201
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 207
ВЫВОДЫ 241
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 244
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 246
Введение к работе
Тяжелые формы патологии суставов представляют серьезную социальную проблему. Восстановление утраченной функции в суставах является одной из актуальнейших задач врачей разных специальностей. В начальных стадиях болезни можно рассчитывать на эффект от консервативного лечения, но болезнь, как правило, диагностируется поздно, когда налицо деформации сустава, нарастание болевого синдрома и нарушение статико-динамической функции [52, 72]. Зачастую это происходит потому, что до сих пор сохраняется ошибочное мнение, что дегенеративно-дистрофическими заболеваниями суставов страдают в основном лица пожилого и старческого возраста. Однако, в последнее время заболевания суставов значительно «помолодели», они регистрируются у 0,1% в возрасте до 19 лет, 0,2% - моложе 29 лет, 3,5% - до 39 лет, а у пациентов старше 50 лет их число резко увеличивается, при этом появляются тяжелые стадии (3 - 4) у лиц трудоспособного возраста [183, 187]. Многие исследователи выявляют тенденцию роста суставных заболеваний как в отдельно взятых регионах, так и в целом в России. Наибольший рост наблюдается среди дегенеративных заболеваний в крупных суставах [23, 24, 52, 72, 79, 205]. По данным К.И.Шапиро [220, 223] патология крупных суставов выявляется у 6,5% взрослых жителей, в том числе травмы — у 2,1%, а заболевания у 4,4%. Как указывает А.А. Корж (1997), ортопедическая артрология касается огромного контингента больных [95]. Среди всех ревматических болезней наиболее часто встречается деформирующий остеоартроз различной этиологии, распространенность которого в последние десятилетия неуклонно увеличивается. На его долю в среднем приходится 44,4% всех диагнозов, причем в заболеваемости тазобедренного сустава -74,2%, коленного 54,5% и голеностопного — 36,2% [106,221,222].
Механизмы патогенеза дегенеративно-дистрофических изменений (ДЦИ) — сложная проблема, в которой до сих пор много неясного. Для объяснения причин дегенерации хрящевой ткани при ОА, исследователи все чаще обращают внимание на нарушение метаболических процессов [11, 156, 397], несмотря на это, данные о биохимических изменениях в высокоагрегированных комплексах протеогликанов (ПГ) и коллагене суставного хряща при ОА остаются противоречивыми [388, 457]. В настоящее время не меньшее значение для понимания патогенеза болезни имеет все более и более завоевывающая внимание идея, что ОА - болезнь не только хрящей, а всех тканей синовиального сустава. Более того, предполагается, что суставной хрящ вообще является "невинным свидетелем" дегенеративного процесса, а центральное место занимает кость, доказательством чего является активный костный метаболизм и увеличение скорости ремоделирования костной ткани при быстром прогрессировании ОА [151, 226, 306, 323, 379, 458]. Поскольку скорость обмена в эпифизарной кости при ДДИ суставов оказалась значительно выше, чем в здоровых суставах, высказывается предположение, что нарушение ремоделирования может играть важную роль в развитие этого заболевания [304, 376]. К сожалению, в современной литературе очень незначительно освящен вопрос о состоянии, составе и обмене биополимеров и минеральных компонентов матрикса как здоровой костной ткани, так и при ДДИ суставов [192].
Для фармакологической коррекции дегенеративно-дистрофических поражений суставов используется три группы лекарственных средств: стероидные и нестероидные противовоспалительные препараты и хондропротективные препараты. По мнению большинства исследователей наиболее приемлемыми в лечении дистрофических заболеваний суставов являются препараты-хондропротекторы [83, 162, 170, 340, 436, 469]. Существенным недостатком этих препаратов является то, что их действие направлено только на стимулирование регенерации хряща, и они не влияют на биомеханические и химические свойства субхондральной кости. В случаях резкого прогрессирования заболевания и анкилозах суставов предусматриваются различные варианты оперативных вмешательств [8, 241, 488, 382]. Однако, современные методы хирургического лечения артроза не могут считаться удовлетворительным [8, 23, 24, 187].
В последние десятилетия для лечения больных с повреждениями и заболеваниями опорно-двигательной системы стали широко применяться аппараты внешней фиксации. Экспериментальные исследования, выполненные в РНЦ «ВТО», показали, что при удлинении голени методами чрескостного дистракционного остеосинтеза (ЧДО) в гиалиновом хряще не только оперированной, но и контрлатеральной конечности происходят изменения его химического состава, показателей обмена гликозаминогликанов и обусловленных ими механических свойств [43, 45, 46, 121]. Поэтому вопросы изучения механизмов нарушений обмена компонентов органического матрикса и минералов артикулярных тканей, ведущих к утрате их биомеханических свойств, а также возможностей стимуляции процессов их восстановления в условиях применения метода ЧДО имеют первостепенное значение.
Таким образом, несмотря на широкое и разностороннее освящение в литературе вопросов патологической анатомии, гистоморфологии, биохимии и патофизиологии, единый взгляд на проблему патогенеза дегенеративно-дистрофических поражений суставов отсутствует. Кроме этого, до настоящего времени не было проведено системного анализа, позволяющего патофизиологически обосновать применение лекарственных средств и биологически активных пищевых добавок как на экспериментальном уровне так и в клинике, не выяснено, на какие из звеньев патогенеза целесообразно попытатся воздействовать чтобы прервать течение этого тяжелого, усугубляющегося со временем процесса.
Цель исследования:
Разработать систему дифференциальной оценки состояния метаболизма, структуры, химического состава и биомеханических свойств артикулярных тканей при их дегенеративно-дистрофических изменениях и разработать способы их биологической коррекции.
Задачи исследования:
1. Изучить особенности химического состава, биомеханических свойств, метаболизма артикулярных тканей при остеоартрозах. Определить степень поражения костной и хрящевой тканей в патогенезе дегенеративно-дистрофических заболеваний суставов.
2. Разработать систему биохимических тестов, характеризующих патологические состояния артикулярных тканей, пригодных для использования их в лабораторном мониторинге лечения больных с остеоартрозами.
3. Определить состояние и охарактеризовать степень поражения гиалинового хряща и костной ткани суставов у животных в условиях использования методик чрескостного остеосинтеза.
4. Изучить характер влияния неколлагеновых белков костной ткани со свойствами инсулинподобных факторов роста на показатели физиологической и репаративной регенерации хрящевой ткани.
5. Разработать и провести экспериментальную и клиническую апробацию комплекса препаратов внутриартикулярного действия, включающих неколлагеновые белки со свойствами инсулинподобных факторов роста, приготовленных на основе костной ткани сельскохозяйственных животных и аутоплазмы крови, и оказывающих хондропротекторное действие.
6. Разработать методы получения и изучить физико-химические характеристики аминоациловых комплексов кальция.
7. Разработать и апробировать в клинике и эксперименте биологически активную пищевую добавку, компенсирующую дефицит кальция фосфата и стимулирующую остеогенез в эпифизарной кости при остеоартрозе.
Положения, выносимые на защиту:
1. Изменения хрящевой и костной ткани при остеоартрозе взаимосвязаны и взаимозависят. Дегенеративные и дистрофические процессы в этих тканях возникают и протекают одновременно.
2. Использование в составе хондропротекторных средств неколлагеновых белков, выделенных из костной ткани и аутоплазмы крови, обладающих свойствами инсулинподобных факторов роста, обеспечивает возможность активной стимуляции процессов репаративной регенерации хряща при его дегенеративно-дистрофических поражениях.
3. Положительный эффект применения аминоациловых комплексов кальция и пектинсодержащих растительных волокон у больных с остеоартрозом, сопровождающимся явлениями локального и генерализованного остеопороза, обусловлен их направленным симптоматическим и патогенетическим воздействием на регуляцию обмена веществ, стабилизацию иммунной системы и нормализацию ремоделирования костной ткани.
Научная новизна работы:
Впервые на основе большого экспериментального и клинического материала выяснена роль метаболических нарушений соединительной ткани в патогенезе остеоартроза. Впервые определена степень поражения костной и хрящевой тканей в процессе развития дегенеративно-дистрофических поражений суставов. Предложен оригинальный метод выделения белков с гипогликемическими свойствами. Впервые изучен характер влияния неколлагеновых белков костной ткани со свойствами инсулинподобных факторов роста на показатели физиологической и репаративной регенерации хрящевой ткани. Разработана новая система биохимических тестов, пригодная для использования их в лабораторном мониторинге при лечении больных с остеоартрозом, сопровождающимся различными патологическими состояниями и с потерей костной массы. Доказаны широкие регенераторные способности хрящевой и костной ткани, обеспечивающие возможность широкой вариабельности использования методов биологической коррекции дегенеративно-дистрофических заболеваний суставов. Впервые предложены и испытаны в эксперименте и клинике внутриартикулярные препараты на основе аутоплазмы крови, костной и хрящевой ткани сельскохозяйственных животных, оказывающе хондропротекторное действие. Впервые разработана, экспериментально и клинически апробирована, внедрена в производство и клиническую практику биологически активная пищевая добавка «Пектибон», компенсирующая дефицит кальция фосфата в эпифизарной кости при остеоартрозе и стимулирующая остеогенез. На основе анализа динамики восстановительного процесса в артикулярных тканях, гистотопоморфологических и биохимических исследований доказана эффективность разработанной системы восстановительного лечения остеоартрозов.
Новизна результатов исследования потверждается 10 патентами Российской Федерации и техническими решениями, выполненными на уровне изобретений.
Практическая значимость работы:
Полученные в ходе исследования данные о динамике развития дегенеративно-дистрофических изменений в артикулярных тканях при нарушениях стереотипа движений в суставах конечностей указывают на необходимость использования щадящих методик лечения больных ортопедотравматологического профиля, учитывающих состояние синовиальных тканей и предупреждающие развитие в них патологических процессов.
Разработанные способы моделирования различной степени тяжести дегенеративно-дистрофических изменений артикулярных тканей позволяют проводить целенаправленное изучение их биохимических и биомеханических характеристик, динамики патологических процессов и их отдельных стадий для выработки новых эффективных мер профилактики и лечения.
Предложенная система биохимических тестов позволяет достоверно оценить глубину поражения хрящевой и костной тканей при их дегенеративно-дистрофическом изменении и пригодна для использования в лабораторном мониторинге лечения больных с остеоартрозами.
Разработанные методические подходы и лабораторные методы выделения коллагена, гликозаминогликанов, неколлагеновых белков костной ткани, регламент их получения и очистки могут быть использованы при разработке способов промышленного производства препаратов, оказывающих стимулирующее воздействие на хондрогенез.
Способ получения аминоацильных комплексов кальция, аминокислот и олигопептидов из костной ткани был использован при разработке способа промышленного производства БАД «Пектибон», компенсирующей дефицит минералов в костной ткани и обладающей иммуномодулирующим действием.
Внедрение результатов исследования:
Результаты настоящего исследования отражены в методических рекомендациях: «Выделение и биотестирование костных рострегулирующих факторов» (Курган, 1990.- 23 с), и «Использование биологически активной пищевой добавки «Пектибон» в ортопедотравматологической практике» (Москва, 2003. - 13 с.) и включены в учебные планы кафедры усовершенствования врачей РНЦ «ВТО».
Разработаны и утверждены технические условия на производство БАД «Пектибон». МЗ РФ выдано регистрационное удостоверение № 003450.Р.643.12.2001 от 29.12.2001, подтверждающее государственную регистрацию БАД к пище «Пектибон» в Российской Федерации. В 2002 году БАД «Пектибон» включена в Реестр биологически активных добавок к пище Российской Федерации, ОАО «Деметра» (г. Москва) приступила к выпуску добавки, последняя поступила в аптечную сеть.
Апробация работы и публикация результатов исследования
Материалы диссертации доложены на Международной конференции «Метод Илизарова- достижения и перспективы», посвященной памяти академика Г.А.Илизарова, Курган, 1993; Всесоюзном совещании «Актуальные вопросы клеточной биологии», Ленинград, 1989; VIII, X школах по биологии опорно-двигательного аппарата, Киев, 1990, Харьков, 1994; Научно-итоговых сессиях Казанского НИИТО, Казань, 1990, 1994; Международной конференции «Перспективные направления чрескостного остеосинтеза в реконструктивно-восстановительной хирургии: теория и практика» и Симпозиума «Регенерация и рост тканей в условиях дозированного растяжения», Курган, 1996; Всероссийской конференции молодых ученых, Курган, 2001; IV Международном симпозиуме «Биологически активные добавки к пище: XXI век» Санкт-Петербург, 2000 г.; V Международном симпозиуме «Биологически активные добавки к пище и проблемы здоровья семьи» Красноярск, 2001 г.; VI Международном симпозиуме «Биологически активные добавки к пище и проблемы оптимизации питания» Сочи, 2000 г.; Конференции биохимиков Урала, Поволжья и Западной Сибири, Ижевск, 2001 г.; XXVI, XXVII, XXVIII, XXVIV научно-практических конференциях врачей Курганской области, Курган, 1994, 1995, 1996, 1997; заседаниях научного общества ортопедов-травматологов, Курган, 1992, 1996, 1997, 1999, 2001, 2002.
По теме диссертации опубликовано 85 печатных работ, в том числе 10 заявок на выдачу патентов РФ на изобретения.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, выводов, списка литературы. Изложена на 246 страницах машинописного текста без списка литературы; список литературы включает 499 источников, в том числе 264 иностранных. В диссертации 56 рисунков и 79 таблиц.
Диссертационная работа выполнена по плану НИР РНЦ «ВТО» имени академика Г.А.Илизарова, номер государственной регистрации 01.2.00 3 03926.
