Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время исследования многих авторов посвящены проблеме травматических повреждений крупных суставов в связи со стойкой утратой трудоспособности вследствие формирования деформирующего остеоартроза, несмотря на разнообразие применяемых методов лечения (Андреева Т. М. и др., 2007; Котельников Г. П., Ларцев Ю. В., 2009; Ударцев Е. Ю., 2012). По данным В. А. Насоновой (2009) и Н. А. Хитрова (2011), остеоартрозом крупных суставов страдает от 48 до 67,5 % населения России трудоспособного возраста, при этом от 64 до 80 % случаев заболевание носит посттравматический характер и приобретает высокую социально-экономическую значимость. Поэтому изучение патогенетических механизмов формирования посттравматического артроза позволит разработать комплекс адекватных методов лечения и реабилитации пациентов с травматическими повреждениями суставов (Андреева Т. М., Троценко В. В., 2006; Эйсмонт О. Л. и др., 2008; Миронов С.П., Котельников Г. П., 2013).
Анализ литературных данных показывает, что высокий риск осложнений, возникающих после травмы суставов, связан с развитием у пострадавших синдрома системного воспалительного ответа в виде посттравматических артритов и синовитов (Берглезов М. А., Андреева Т. М., 2006; Бадокин В. В., 2009; Федоров В. Г., 2015). Развивающееся внутриполостное асептическое воспаление имеет особенности течения, связанные с анатомическим строением суставных структур, а также, вследствие ограниченности процесса полостью сустава, формированием определенной пространственной «буферной зоны». Хронический посттравматический синовит выступает одной из основных причин формирования пролиферативных и необратимых дегенеративно-дистрофических изменений в тканях сустава (Куляба Т. А. и др., 2011; Шестерня Н. А. и др., 2011; Карякина Е.В. и др., 2014).
Степень разработанности темы исследования. Прогрессирующее течение посттравматического артрита, присоединение рецидивирующего синовита, отсутствие дифференцированной тактики применения различных методов лечения диктуют необходимость дальнейшего изучения проблемы восстановления функции крупных суставов при их повреждениях, несмотря на то, что существует множество различных консервативных и оперативных подходов к лечению данной патологии (Хубутия М. Ш. и др., 2008; Балабанова Р. М., Каптаева А. К., 2009; Мальчевский В. А., Евенко А. Ю., 2011; Алексеева Л. И., Шарапова Е. П., 2012; Altman R.D., 2009).
Важно отметить, что наиболее спорным и обсуждаемым является вопрос, на каком этапе патологического процесса какие патофизиологические механизмы лежат в основе срыва гомеостаза синовиальной среды сустава, и имеется ли возможность патогенетической коррекции развивающихся нарушений. Опубликованные научные данные неопровержимо доказывают значимость свободнорадикальных процессов и цитокиновых реакций в развитии вторичной альтерации гиалинового хряща и синовиальной оболочки поврежденного сустава (Куликов В. Ю., 2009; Ахметжан А. Д. и др., 2009; Митрофанов В. А., Пучиньян Д. М., 2010; Матвеева Е. Л. и др., 2014;
Ostalowska A. et al., 2006). Но их роль в нарушении структурно-функционального состояния сустава и патогенезе прогрессирования посттравматического остеоартроза изучена недостаточно.
Между тем эти данные могут лежать в основе разработки принципиально нового направления патогенетической терапии посттравматических артритов и синови-тов, обращенной на предупреждение развития необратимых дегенеративно-деструктивных изменений суставов.
Цель исследования. Установить патогенетическую взаимосвязь системных метаболических расстройств с характером нарушений структуры и функции суставного хряща, синовиальной оболочки, субхондральной кости в динамике посттравматического артрита и на этой основе обосновать новые принципы диагностики и лечения.
Основные задачи.
1. Изучить динамику структурных и функциональных изменений суставного
хряща, синовиальной оболочки, субхондральной кости при экспериментальном трав
матическом повреждении сустава по показателям типовых альтеративно-деструктив
ных изменений в зоне воспалительного процесса, маркеров метаболизма коллагена и
синовиоцитограммы.
2. Установить закономерности развития синдрома системного воспалительного
ответа, коррелирующие с характером структурных и метаболических изменений в
зоне экспериментального посттравматического повреждения сустава в динамике па
тологии, в соответствии с мониторингом показателей процессов свободнорадикаль-
ной дестабилизации биомембран клеток различной морфофункциональной организа
ции и активности антиоксидантной системы.
3. Установить закономерности изменений цитокинового профиля сыворотки
крови в динамике экспериментальной патологии по уровням провоспалительных ци-
токинов (IL-1, IL-6, IL-17, TNF-), противовоспалительных цитокинов (IL-4, IL-10),
а также регуляторного цитокина (IL-2), отражающих характер системного действия
воспаления на организм, в частности, интенсивность антигенной стимуляции клеток
моноцитарно-макрофагальной и лимфоидной систем альтерированными клетками в
зоне посттравматического остеоартроза.
-
Исследовать эффективность стандартной нестероидной противовоспалительной терапии в соответствии с динамикой локальных структурных, метаболических и функциональных изменений в зоне посттравматического остеоартроза, а также изменением показателей состояния процессов липопероксидации, антиоксидантной системы и цитокинового профиля крови.
-
В соответствии с установленными закономерностями нарушений процессов липопероксидации и антиоксидантной системы крови исследовать влияние внутрисуставной озонотерапии на состояние триггерных механизмов, определяющих гомеостаз синовиальной среды сустава, а также комбинированное влияние нимесулида и внутрисуставного введения озоно-кислородной смеси.
-
Определить эффективность внутрисуставной антиоксидантной терапии эток-сидолом, а также комбинации внутрисуставного введения этоксидола и нимесулида.
-
Установить новые диагностические критерии системного действия воспаления в зоне посттравматического остеоартроза и оценки эффективности терапии в соответствии с комплексным мониторингом показателей цитокинового профиля крови, состояния процессов свободнорадикального окисления, антиоксидантной системы крови в динамике развития посттравматического остеоартроза на фоне традиционных методов лечения и модифицированных с использованием антиоксидантов и мем-бранопротекторов.
-
Определить значимость разработанных в эксперименте диагностических критериев, включающих оценку сопряженных системных метаболических, иммунологических и местных альтеративно-деструктивных, функциональных изменений в суставе у больных с посттравматическим артритом в динамике патологии.
9. Оценить эффективность комплексной терапии больных с посттравматиче
ским артритом при дополнительном применении озона и этоксидола и на основании
полученных данных формировать алгоритмы комплексного лечения пациентов дан
ной патологии.
Научная новизна исследования. Впервые установлены закономерности системной воспалительной реакции с характером нарушений структуры и функции сустава после травматического повреждения, позволившие значительно расширить современные представления о патогенезе заболевания.
В дополнение к устоявшимся общим закономерностям формирования посттравматического остеоартроза, основанным на нарушении конгруэнтностей и развитии нестабильности суставных поверхностей, сделан акцент на системные расстройства свободнорадикальных процессов и нарушения цитокинового баланса, сопутствующие развитию вторичной посттравматической деструкции хряща и синовиальной оболочки. Обоснована необходимость использования адекватных методов медикаментозной коррекции системных расстройств метаболического и иммунного статусов.
Впервые выявлена сопряженность дисбаланса цитологического состава синовии и метаболических нарушений коллагена с активацией свободнорадикальных ок-сидативных процессов и цитокиновой сети при посттравматическом воспалительном процессе в суставе, являющегося одним из пусковых механизмов патологического каскада прогрессирования посттравматического остеоартроза. Установлена тесная патогенетическая взаимосвязь процессов свободнорадикального окисления с цитоки-новой агрессией и развитием деструктивных процессов хряща и синовиальной оболочки при острой травме сустава.
Получены принципиально новые сведения о развивающихся метаболических расстройствах коллагеновой сети после травматического повреждения сустава у экспериментальных животных, имеющие большую диагностическую ценность в прогнозировании течения остеоартроза, которые основаны на определении свободной, пеп-тидносвязанной и белковосвязанной фракций специфического метаболита – оксипро-лина, отражающих направленность процессов деструкции и фибриллогенеза коллагена (патент РФ № 2463000).
На основании мониторинга системных закономерностей активации процессов свободнорадикального окисления, снижения антиоксидантного потенциала, цитоки-нового дисбаланса, маркеров метаболизма коллагена, синовиоцитограммы и морфо-функциональных нарушений при экспериментальном механическом повреждении сустава, разработаны новые диагностические критерии патогенетических предикторов посттравматической альтерации хряща и синовиальной оболочки для оценки степени посттравматического остеоартроза и эффективности различных схем медикаментозной терапии.
Разработаны и внедрены новые принципы медикаментозной коррекции патологических нарушений, развивающихся при травматическом повреждении сустава у экспериментальных животных с использованием внутрисуставной антиоксидантной терапии. Установлена закономерность сопряженности эффективности указанного метода патогенетической терапии с повышением устойчивости тканей сустава к повреждающему действию свободных радикалов и провоспалительных цитокинов. Впервые выявлен хондропротекторный эффект внутрисуставной антиоксидантной терапии, проявляющийся в стимуляции репаративных процессов тканей и повышении численной плотности хондроцитов (патент РФ № 2516951).
Разработан новый алгоритм лечебных мероприятий у больных с посттравматическим артритом на основе внутривенной и локальной внутрисуставной озонотера-пии в комплексе со стандартной терапией, позволяющий на системном и местном уровне воздействовать на предикторы посттравматической альтерации и улучшить функциональное состояние сустава, а также сократить сроки восстановительного периода и реабилитации (патент РФ № 2456988).
Впервые в комплексном лечении больных с посттравматическим артритом использована системная антиоксидантная терапия этоксидолом, приводящая к коррекции развивающихся нарушений гомеостаза и раннему восстановлению функции сустава. Предложенный метод является патогенетически обоснованным и эффективным в профилактике формирования деформирующего остеоартроза.
На основании полученных экспериментальных и клинических данных разработана новая концепция профилактики развития посттравматического остеоартроза, которая базируется на раннем ингибировании системных метаболических расстройств, свободнорадикальных и цитокиновых повреждающих механизмов и нивелировании каскада патологических деструктивных процессов тканевых структур сустава в раннем посттравматическом периоде. Определен и патогенетически обоснован комплексный подход ранней коррекции патологических нарушений, активирующихся при травме сустава, который включает внутрисуставное введение озона и антиокси-дантов в комбинации с нестероидной противовоспалительной терапией.
Теоретическая и практическая значимость. 1. Результаты исследований расширяют представления о патогенетических механизмах формирования посттравматического остеоартроза, доказывая системное повреждающее действие биорадикалов и цитокинов, что определяет концепцию формирования вторичных деструктивных изменений тканей поврежденного сустава.
2. Мониторинг показателей, отражающих воздействие системного воспаления на ткани сустава при посттравматическом артрите: провоспалительных цитокинов,
свободнорадикального окисления, сопряженных с маркерами деструкции тканевых структур коллагена, синовиоцитограммы в динамике эксперимента, позволил впервые сформировать новые диагностические принципы оценки степени посттравматической альтерации хряща и синовиальной оболочки. Индикация уровня предикторов повреждения в соответствии с определяемыми морфофункциональными изменениями в суставе позволяет оценить степень посттравматического остеоартроза и эффективность медикаментозной терапии.
-
Разработаны новые критерии прогнозирования развития посттравматического остеоартроза. Они основаны на определении маркеров метаболизма коллагена – свободного (СО), пептидносвязанного (ПСО), белковосвязанного (БСО) оксипро-лина, объективно отражающих интенсивность деструктивных и синтетических процессов коллагеновой сети соединительнотканных структур сустава.
-
Определена результативность внутрисуставного введения озона в воздействии на патогенетические механизмы посттравматической деструкции гиалинового хряща и синовиальной оболочки и в поддержании гомеостаза синовиальной среды сустава при травматическом повреждении сустава у экспериментальных животных.
-
Установлено, что внутрисуставное введение этоксидола в ранние сроки эксперимента оказывает корригирующее воздействие на патогенетические звенья про-грессирования деструктивных изменений хряща и синовиальной оболочки в посттравматическом периоде, что лежит в основе концепции профилактики остеоартроза, основанной на ингибировании биорадикальных и цитокиновых повреждающих агентов. Выявлен хондропротекторный эффект антиоксидантной терапии.
-
Определена клиническая эффективность системной и локальной терапии озоном у больных с травматическими повреждениями суставов, позволяющая в посттравматическом периоде корригировать развивающиеся патологические нарушения и улучшить функциональное состояние сустава, что обосновывает целесообразность их назначения в комплексном лечении данной патологии.
7. Дано патофизиологическое обоснование оптимальной методики профилак
тики формирования вторичных деструктивных изменений хряща и синовиальной
оболочки у больных с травматическими повреждениями сустава на основе использо
вания системной антиоксидантной терапии этоксидолом в комплексном лечении.
Методология и методы диссертационного исследования. Особенности формирования деструктивно-дистрофических изменений тканей сустава изучались на экспериментальной модели травматического повреждения сустава и у больных с посттравматическим артритом. Системные метаболические расстройства и локальные нарушения структурно-функционального состояния суставного хряща, синовиальной оболочки, субхондральной кости в динамике формирования посттравматического остеоартроза определялись с помощью лабораторных методов регистрации нарушений, а также морфологических и цитологических методов исследования.
Внедрение в практику. Разработанные положения внедрены в научную деятельность и учебный процесс кафедр нормальной и патологической физиологии, общей хирургии им. проф. Н.И. Атясова и госпитальной хирургии с курсом травматологии Медицинского института Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» Министерства образования и науки РФ, а также лечебную работы травматологических отделений больниц Республики Мордовия.
Положения диссертации, выносимые на защиту.
1. Важным патогенетическим фактором, индуцирующим прогрессирование
остеоартроза после экспериментального механического повреждения сустава на ран
них сроках посттравматического периода (3 сутки), является интенсификация процес
сов свободнорадикального окисления, сохраняющихся на высоком уровне на протя
жении всего исследования с одновременным угнетением энзимного антиоксидант
ного потенциала, что приводит к дестабилизации биомембран клеток, развитию вто
ричной альтерации тканевых структур сустава и коррелирует с показателями деструк
ции коллагена.
2. Значимую роль в формировании деструктивно-дистрофических процессов
хрящевой ткани и синовиальной оболочки в посттравматическом периоде играет со
пряженный с показателями нарушения метаболизма коллагена цитокиновый дисба
ланс, характеризующийся ранним повышением в 2,6 - 3,6 раза уровня провоспалитель-
ных (IL-1, IL-6, IL-17, TNF-) и противовоспалительных цитокинов (IL-4, IL-10), со
храняющихся на 15 и 28 сутки эксперимента.
3. Одним из триггерных механизмов формирования посттравматического
остеоартроза является нарушение цитологического состава синовиальной жидкости
на ранних сроках наблюдения, характеризующееся значительным повышением коли
чества нейтрофильных лейкоцитов, а также тканевых клеточных элементов – сино-
виоцитов, макрофагов и доли клеток с признаками дегенеративно-деструктивных из
менений с дальнейшим нарастанием их на 15 и 28 сутки, коррелирующих с показате
лями липопероксидации, провоспалительных цитокинов и определяющих прогресси-
рование внутрисуставного воспаления.
4. Предложенные диагностические критерии посттравматической альтерации
хряща и синовиальной оболочки, основанные на определении взаимосвязи морфо-
функциональных изменений сустава и показателей, отражающих дисбаланс цитоки-
нового профиля, активацию перекисного окисления липидов, деструкцию коллагена
и нарушение состава синовиальной жидкости сустава в динамике эксперимента, поз
воляют проводить мониторинг степени посттравматического остеоартроза и оцени
вать эффективность различных схем медикаментозной терапии.
-
Новые подходы к ранней патогенетически обоснованной профилактике посттравматического артроза в эксперименте, включающие внутрисуставное введение этоксидола в комбинации с нимесулидом, позволяют в ранние сроки ингибировать образование предикторов системной воспалительной альтерации и предотвратить каскад посттравматических деструктивных изменений в суставе, оказывая хондро-протекторное действие.
-
Нарушение функции сустава у больных с посттравматическим артритом сопряжено с активацией системных процессов липопероксидации, угнетением антиок-сидантной защиты, развитием патологических сдвигов в клеточном (активность фа-
гоцитоза, НСТ, СЦК) и гуморальном (Ig M, Ig G, ЦИК) звеньях иммунитета, повышением синтеза провоспалительных цитокинов (IL-1, IL-6, IL-17, TNF-), усилением процессов деградации коллагена и дисбалансом синовиоцитограммы.
7. Применение системной и внутрисуставной озонотерапии у пациентов с трав
матическими повреждениями сустава сопровождается коррекцией клеточного и гу
морального звеньев иммунитета, цитологического состава синовиальной жидкости в
раннем посттравматическом периоде (7 сутки) и ингибированием образования сво-
боднорадикальных продуктов, маркеров деградации коллагеновых структур и улуч
шением функционального состояния сустава на поздних сроках наблюдения (15
сутки).
8. Повышение эффективности комплексного лечения больных с травматиче
скими повреждениями суставов достигается за счет применения патогенетически
обоснованной антиоксидантной терапии этоксидолом, приводящей к угнетению сво-
боднорадикальных процессов и обеспечивающей стабильность биологических мем
бран клеток и коллагеновых структур сустава, коррекцию иммунологических нару
шений, ингибирование продукции мононуклеарными лейкоцитами крови провоспа-
лительных цитокинов в ранние сроки наблюдения, что приводит к ограничению нару
шений цитологического состава синовиальной жидкости, купированию выраженно
сти реактивного посттравматического синовита и улучшает функцию сустава.
Степень достоверности. Данное экспериментальное исследование выполнено на белых нелинейных крысах обоего пола, при достаточном объёме выборки. Лабораторно-инструментальные исследования проводили на оборудовании, сертифицированном для данного вида работ, прошедшем поверку и заводскую калибровку. Также применялись методы статистической обработки, полностью соответствующие поставленным задачам.
Апробация работы. Результаты исследования были доложены и обсуждены на VIII Всероссийской конференции с международным участием «Озон в биологии и медицине» (Н. Новгород, 2009); научно-практической конференции с международным участием «Новые технологии в хирургии и интенсивной терапии» (Саранск, 2010); VI Международной Пироговской научной медицинской конференции молодых ученых (Москва, 2012); ХVIII межрегиональной научно-практической конференции памяти академика Н. Н. Бурденко «Актуальные проблемы современного практического здравоохранения» (Пенза, 2012); VI Международном медицинском конгрессе «Санкт-Петербургские научные чтения» (Санкт Петербург, 2015); Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием «Современные технологии в хирургии и интенсивной терапии» (Саранск, 2015); X Международной Пироговской научной медицинской конференции молодых ученых (Москва, 2015); «Мечниковские чтения» (Санкт Петербург, 2016); X Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Озон, активные формы кислорода, оксид азота и высокоинтенсивные физические факторы в биологии и медицине» (Н. Новгород, 2016), XVIII межрегиональной конференции «Актуальные вопросы диагностики, лечения и реабилитации больных» (Пенза, 2016); XVI международной конференции молодых ученых и I Форума молодежных научных обществ (Витебск,
2016); Огаревских чтениях – ежегодных научно-практических конференциях Мордовского университета (Саранск, 2008 - 2017).
Личный вклад автора в проведенные исследования: вклад автора заключается в непосредственном участии на всех этапах исследования: от постановки задач, их теоретической и практической реализации до обсуждения результатов в научных публикациях и их внедрения в практику. Результаты представлены в виде диссертации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 58 работ, из них 17 статей и 8 тезисов в журналах, рекомендованных ВАК, 1 монография, получено 3 патента на изобретение, зарегистрировано 2 рационализаторских предложения.
Объем и структура диссертации. Материал диссертации изложен на 356 страницах компьютерного текста и включает введение, обзор литературы (глава 1), материалы и методы исследования (глава 2), результаты собственных исследований (главы 3 – 9), обсуждение, выводы, практические рекомендации и список литературы, который содержит 219 отечественных и 110 иностранных источников. Работа содержит 160 таблиц и 106 рисунков.
Работа выполнена в соответствии с планом работы ФГБОУ ВО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева» (номер гос. регистрации 01201252291).