Введение к работе
V Актуальность проблемы. Разработка и широкое внедрение способов коррекции врожденных и приобретенных нарушений опорно-двигательного аппарата (ОДЛ) посредством чрескостного компрессионпо-дистракционного остеосинтеза по Г.А.Илпзарову (ЧКДОС) совершили переворот в травматологии и ортопедии, принесли выздоровление, социальную и трудовую реабилитацию десяткам тысяч люден. Вместе с тем, остается ряд проблем, трудно разрешимых или неразрешимых с помощью усовершенствования технологии ЧКДОС. к которым в первую очередь относятся: нарушения кроветворения и клеточного гомеостаза периферической крови, следующие за скелетной Травмоіі (Ю.П.Балдші, Л.В.Осипенко, Л.Л.Палиенко и др.); нарушение иммунного статуса при повреждении ОДЛ (А.А.Аскалонов, В.В.Базарный и др.); деминерализация интактного скелета при лечении переломов и исправлении длины и формы отдельных костей (S.Anderson, А.Л.Свешников); значительная продолжительность фазы созревания (минерализации) - периода фиксации - в сравнении с периодом дистракции (А.П.Барабаш, А.В.Попков и др.). Попытки фармакологической коррекции осложнений, сопутствующих скелетной травме или вмешательству на скелете, как и фармакологическое потенцирование репаративных процессов или стимулирование их физическими факторами различной природы до сих пор не дали ощутимых результатов. В плане укрепления теоретической базы разработок по совершенствованию методов лечения травматолого-ортопеднчеекпх больных, мы полагаем, перспективно детальное изучение физико-химических и биологических свойств неколлагеновых белков (НБК) внеклеточного органического матрнкса костной ткани (ВКМ). Являясь минорной фракцией кости, они обладают разнообразными функциями в процессах, обеспечивающих гистогенез, самоподдержание и репарацию костной ткани (В. de Bernard, L.W.Fisher, M.GIimcher, P.V.Hauschka, G}M.Herring, P.A.Price, J.D.Termine и др.). Открытие семейства НБК, ответственных за активность пролиферации камбиальных клеток соединительной ткани, их дифференцировку в остеогенные и регулирующих биосинтетическую активность последних (костные морфогенетические белки, остеогенины, скелетный фактор роста), определяет значение этих белков для физиологической и репаративной регенерации костной ткани (D.J.Baylink, E.Canalis, J.R.Farley, A.H.Reddi, T.K.Sampath, M.R.Urist и др.).
В плане практического применения есть основания предполагать, что биологически активные НБК, учитывая разнообразие их физиологических функций, могут быть использованы для создания (конструирования) фармпрепаратов, которые найдут применение в клинической практике травматологии и ортопедии с целью оптимизации условий для репаративных процессов при лечении больных с
врожденными и приобретенными нарушениями ОДА и коррекции осложнении, сопутствующих травме и оперативному вмешательству на скелете (R.D.FinccIman, М.В. & S.R. Goldring и др.).
Цель работы: Выяснение роли неколлагеновых белков костной ткани в механизмах поддержания скелетного гомеостаза в физиологических и экстремальных состояниях, регуляции физиологической и рспаративиои регенерации кости, исследование возможности получения фармпрепаратов на основе композиций компонентов костной ткани для ускорения созревания костного регенерата и коррекции осложнений, сопровождающих вмешательства на скелете.
І Задачи исследовании: 1,! «Изучить особенности химического состава костного регенерата, в '!;'частности содержания НБК, при удлинении конечностей и замещении
; дефектов трубчатых костей посредством ЧКДОС.
-
Изучить изменения в химическом составе костной ткани в начальном периоде постпаталыюго развития, интактной костной ткани животных, подвергшихся вмешательству на скелете, и при экстремальных состояниях: иммобилизационном стрессе и воздействии условий космического полета.
-
Разработать лабораторный регламент выделения и фракционирования НБК и изучить их физико-химические свойства: кислотно-основные, относительную молекулярную массу (Mr), растворимость.
-
Оценить аффинность к кальцию отдельных НБК и возможность инициирования ими минерализации новообразованной кости.
5. Путем тестирования па интактных животных и с использованием
. биомоделей репаративного остсогенеза и кроветворения изучить
физиологические свойства выделенных НБК.
-
Изучить характер влияния НБК па показатели внутренней среды организма, контролируемые системой остеотропных гормонов (способность местных рострегулирующих факторов модулировать действие системных гормонов) и зависимость динамики адаптационных процессов от местных условий в очаге повреждения кости.
-
Провести экспериментальные испытания различных композиций компонентов костной ткани, перспективных как препараты стимулирующие костсобразование, кроветворение, иммуногенез.
Научная новизна работы. Установлено, что внеклеточный органически!! матрикс зрелой компактной костной ткани содержит несколько десятков белков нсколлагеновой природы, различающихся по физико-химическим и биологическим свойствам. Костная ткань в процессе своего гистогенеза, проявляя свойства биохроматографпческой
системы, способна депонировать неколлагеновые белки, синтезируемые не только остсогенпыми клетками, но и в параоссальных тканях. НБК, обладающие свойствами факторов роста, при ремоделировании костной ткани поступают в циркуляторное русло и могут реализовать спои физиологические свойства как дальнедистантные регуляторы клеточных функции. Клетками-мишенями физиологической активности НБК-факторов роста являются не только остеогенные клетки, но и клетки кроветворной и иммунной систем. Скелет, таким образом, выполняет роль ауто- и паракрииного органа.. Компонентом стимулирующего влияния растяжения тканей на регенерацию (эффекта Илизаропа) является создание условий для поступление биологически активных НБК в циркуляторное русло.
Супрамолскулярный комплекс, состоящий из коллагена типа I, сналопротеида, обладающего фосфомоноэстеразной и АТФ-азной активностями и липпдов - Gl-гликопротеин,- обладает высокой Са-связывающей способностью, фиксирование им катионов сопровождается сдвигом рН в окружающей среде в щелочную сторону в степени, достаточной для преципитации ортофосфата кальция -начального этапа биологической минерализации.
Динамика адаптационно-восстановительного процесса - скорость восстановления химического и клеточного гомеостаза, нарушенного скелетной травмой, - зависит от местных условии в очаге повреждения ОДЛ: срочности и стабильности остеоспнтеза правильно сопоставленных отломков кости, глубины расстройств кровообращения и обширности повреждения мягких тканей. Введение экзогенных ЦБК -факторов роста модулирует изменения состава внутренней среды, вызванные скелетной травмой.
Практическая ценность и внедрение результатов работы. В ходе выполнения работы были разработаны методические подходы для оценки динамики адаптацпоппо-восстановителыюго процесса после повреждения ОДА, которые могут быть использованы в клинике травматологии и ортопедии для контроля за течением репаративных процессов и прогноза их исхода. Для биохимического анализа костной ткани и дпетракционного регенерата были адаптированы известные или предложены новые методики, которые нашли применение в экспериментальной травматологии и ортопедии для оценки результатов испытания новых приемов и средств для лечения больных с повреждением ОДА. Были существенно усовершенствованы лабораторио-препаративные методы выделения НБК, разработаны способы тестирования их биологической активности. Эти разработки могут быть применены для дальнейших исследований состава и функции этих белков, а также положены п основу промышленного регламента получения фармпрепаратов из зрелой костной ткани.
Результаты исследования физиологической . функции НБК позволили предложить их композиции в качестве- потенциальных' фармакологических препаратов (патент №2050158 на препарат для стимуляции физиологической и репаративной регенерации стнмбои-1; заявка №950108659 на получение патента на препарат, стимулирующий иммуногенез - стпмбон-2; заявка №95117043 на получение патента на препарат, восполняющий дефицит фосфата кальция - стимбон-4). Выяснение особенностей остсогенеза при дистракционном остеошнтезе сделало возможным предложить способ стимулирования созревания дистракционного регенерата (патент № 2018840 на способ моделирования стимуляции репаративного костеобразования в условиях дистракционного остеосинтеза). Результаты исследования, имеющие значение для совершенствования методического обеспечения клинических и экспериментальных работ в отрасли, отражены в методических рекомендациях: «Функциональные биохимические исследования в клинике ортопедии и травматологии» (Курган, 1990. - 28 сі); «Оценка течения репаративного остеогенеза» (Курган, 1991.-24 с); «Выделение и биотестирование костных рострегулирующих факторов» (Курган, 1990. - 24 с.) и информационном письме «Методы биохимического исследования костной ткани и дистракционного регенерата кости» (Курган, 1993. - 14 с).
;'. Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзної! конференции «Актуальные проблемы современной патофизиологии», посвященной 100-летию со дня рождения А.А.Богомольца, Киев, 1981; III Всесоюзном съезде патофизиологов, Тбилиси, 1982; Всесоюзной научно-практической конференции «Лечение ортопедо-травматологических больных в стационаре и поликлинике методом чрескостного остеосинтеза, разработанным в КНИИЭКОТ», Курган, 1982; I Всесоюзном симпозиуме с участием иностранных специалистов «Экспериментально-теоретические и клинические аспекты разрабатываемого в КНИИЭКОТ метода чрескостного остеосинтеза», Курган, 1983; I Всесоюзном симпозиуме «Хроматография в биологии и медицине», Москва, 1983; IV Всероссийском съезде травматологов-ортопедов, Куйбышев, 1984; Региональной конференции «Физиология, фармакология и клиническое применение пептидов», Чита, 1985; I съезде физиологов Сибири, Новосибирск, 1986; Международной конференции «Экспериментально-теоретические и клинические аспекты чрескостного остеосинтеза, разрабатываемого в КНИИЭКОТ», Курган, 1986; Всесоюзном симпозиуме «Препаративная хроматография физиологически активных ;всществ на полимерных сорбентах», Ленинград-Ольгино, 1988; .'Всесоюзном совещании «Патогенез и лечение изолированных и іфчетанпьіх травм», Ленинград, 1989; Всесоюзном совещании Неактуальные вопросы клеточной биологии», Ленинград 1989; VIII, IX и
X школах по биологин опорно-дпигатсдыюго аппарата, Киеп, 1990,
Кдимептово, 1992, Харьков, 1994; Научно-итоговых сессиях Казанского
НИИТО, Казань, 1990, 1991, 1994; Г Международном симпозиуме
«Лабораторные животные в мелпко-бпологнческнх и
бпотехнологнческих исследованиях», Москва, 1992; Международной конференции «Метод Иліпароші - достижения и перспективы», посвященной памяти академика Г.А.Илизарова, Курган, 1993; X конференции по космической биологии и авиакосмической медицине, Москва, 1994; XXVI, XXVII, XXVIII, XXIX научно-практических конференциях врачей Курганской области, Курган, 1994, 1995, 1996, 1997; Международной конференции «Перспективные направления чрескостного остеосннтеза в реконструктпвно-восстлногттельной хирургии: теория и практика» и Симпозиума «Регенерация и рост тканей в условиях дозированного растяжения», Курган, 1996.
Публикации по теме диссертации. Опубликовано более 100 работ по рассматриваемой в диссертации проблеме, список основных из них приводится в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 21S страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 4 глал собственных данных, общего заключения, выводов и библиографического указателя, который включает 335 литературных источников, проиллюстрирована 70 рисунками и 31 таблицей.
