Введение к работе
1.1. Актуальность темы. Сустав среди всех элементов опорно-двигательного аппарата представляет собой наиболее сложно организованную анатомическую структуру (Капанджи А. В., 2009; Павлова В. Н, 2011). Выполненный различными типами тканей, он обеспечивает распределение вектора механических нагрузок по касательной к поверхности эпифиза, а также образование устойчивых к износу поверхностей сочленяющихся элементов скелета (Слесаренко Н. А., 2006; Слуцкий Л. П., 2006). Нарушение подвижности сочленений костей скелета даже вследствие незначительного уровня травматизации сустава достаточно часто приводит к продолжительному и не всегда успешному лечению пациентов гуманной и ветеринарной медицины (Bobic V., 2000; Erggelet С, 2005). По мнению В. X. Хавинсон (2007) и В. Н. Павловой (2011), эффективность лечения травматических повреждений сустава зависит от степени повреждения хрящевой ткани, покрывающей эпифизы крупных трубчатых костей грудных и тазовых конечностей, а также мелких костей периферического скелета. Считается, что репаративный потенциал суставного хряща у всех видов млекопитающих, включая человека, во многом зависит от особенностей его структурно-функциональной организации в различные периоды онтогенеза (Афанасьев Ю. П., 2002; Белогородцев С. Н, 2006). Как известно, в эмбриональном периоде эпифизы крупных трубчатых костей выполнены гиалиновым хрящом, гистоархитектоника которого имеет типичное для суставного хряща зональное строение (Бебчук Н. В., 2003; Данилов Р. К., 2006). Развитая камбиальная зона в структуре эмбрионального суставного хряща позволяют признать наличие у ткани высокой способности к регенерации. Вместе с тем, изменение характера локомоции и биомеханики в постнатальный период онтогенеза и неравномерное распределение векторов нагрузки на латеральный и медиальный мыщелки дистального эпифиза бедренной кости (Зазирный И. М., 2004; Белогородцев С. Н, 2006; Шевцов В. И., 2007) означает, что в рамках единой суставной поверхности хрящ, выстилающий его соответствующие компартменты, будет испытывать различный уровень нагрузки и, следовательно, иметь различную структурно-функциональную организацию, а возможно, обладать дифференциальным репаративным потенциалом. Это особенно актуально при старении, когда адаптивные возможности клеток хондрогенного дифферона снижаются и возрастает риск его травматического повреждения даже в условиях совершенно адекватных нагрузок (Данилевская Н. В., 2002; Деев Р. В., 2007). В современной отечественной и зарубежной литературе особенности строения суставного хряща и характер его репаративного потенциала в данном аспекте освещены крайне недостаточно (Каземирский А. В., 2003). С точки зрения фундаментальной биологии, изучение морфофункциональных характеристик суставного хряща различной локализации расширяет известные представления о гистофизиологии гиалиновой хрящевой ткани. Исследование особенностей структурно-функциональной организации реакции клеток и межклеточного
вещества гиалиновой хрящевой ткани сустава в процессе старения позволяет оценить реакции клеток различных зон суставного хряща на травму и открывает пути решения проблемы научно обоснованного подхода к управлению посттравматической регенерацией хрящевой ткани. В этой связи поиск эффективных соединений, обладающих хондропротекторными свойствами, остается одним из приоритетных направлений прикладной биологии и практической медицины (Bassleer G., 1990; Котельников Г. П., 2008; Ларцев Ю. В., 2010). Считается, что в числе известных морфогенетических механизмов гибели клеток и межклеточного вещества хрящевой ткани является свободнорадикальный (Дубинина Е. Е., 2001; Finkel Т., 2000; Poli G., 2004). Это явилось основанием для изучения возможности управления посттравматической регенерацией хрящевой ткани с использованием известных и новых антиоксидантных соединений. Важно отметить, что для клеток гиалиновой хрящевой ткани низкий уровень экспрессии ферментов антиоксидантной защиты является тканевой особенностью (Слуцкий Л. И., 2006; Шехтер А. Б., 2006; Омельяненко Н. П., 2009). По мнению А. И. Капанджи (2009), это объясняется особенностями гистофизиологии хрящевой ткани. В связи с тем, что дефинитивная хрящевая ткань не содержит кровеносных сосудов, ее трофика и гуморальная регуляция осуществляется диффузно за счет сосудов костной ткани метафиза сустава и синовиальной жидкости. В отсутствие собственных стволовых ниш и, следовательно, низкой способности к регенерации врастание кровеносных сосудов из метафизарной зоны сустава приводит к замещению дефекта суставного хряща костной тканью (Виноградова Е. В., 2000; Reddi А. Н., 1998). По данным литературы, лишь незначительные по размерам дефекты гиалинового хряща могут восстанавливаться с образованием органотипического регенерата (Белогородцев С. Н., 2006). Установлено, что это обеспечивается за счет камбиальных клеток поверхностной зоны и способных к активной пролиферации клеток изогенных групп (Модяев В. П., 1980; Котельников Г. П., 2004). В этой связи изучение влияния антиоксидантов мексидола и синтезированных впервые ТС-13 и ПЭК-13 на активность пролиферации и синтез компонентов межклеточного вещества клетками хрящевой ткани стареющих крыс при его хирургическом повреждении определяет актуальность настоящего исследования.
1.2. Цель исследования - оценить эффективность хондропротекторных свойств фармакопейного антиоксиданта мексидол и новых антиоксидантных соединений ТС-13 и ПЭК-13 при травматическом повреждении суставного хряща.
Задачи исследования:
-
Изучить гистотопографические особенности суставного хряща стареющих крыс.
-
Выявить особенности посттравматической регенерации суставного хряща дистального эпифиза бедренной кости стареющих крыс.
3. Оценить эффективность использования фармакопейного антиоксидантного соединения мексидол и новых антиоксидантных соединений ТС-13 и ПЭК-13 для управления посттравматической регенерацией суставного хряща.
1.3. Научная новизна. Впервые у стареющих крыс выявлены
гистотопографические особенности гиалинового хряща, покрывающего
суставную поверхность дистального эпифиза бедренной кости. В рамках
единой суставной поверхности впервые установлен дифференциальный
уровень реакции клеток суставного хряща латерального и медиального
мыщелков дистального эпифиза бедренной кости на механическое
повреждение. В эксперименте на лабораторных животных впервые
исследованы хондропротекторные свойства фармакопейного антиоксиданта
мексидол и новых антиоксидантов ТС-13 и ПЭК-13 при механическом
повреждении гиалинового хряща.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
В рамках единой суставной поверхности дистального эпифиза бедренной кости стареющих крыс установлена структурная и функциональная асимметрия суставного хряща, обусловленная особенностями гистоархитектоники гиалинового хряща латерального и медиального мыщелков.
-
Клетки хондрогенного дифферона латерального и медиального мыщелков дистального эпифиза бедренной кости стареющих крыс характеризуются дифференциальным уровнем реакции на повреждение суставного хряща.
3. В условиях механического повреждения суставного хряща
повышение активности свободнорадикального окисления липидов на
организменном уровне ограничивает эффективность посттравматической
регенерации на тканевом уровне. Использование для управления
посттравматической регенерацией хрящевой ткани нового антиоксиданта
ТС-13, в отличие от фармакопейного антиоксиданта мексидол, приводит к
образованию полноценного органотипического регенерата, что позволяет
позиционировать его в качестве перспективного хондропротектора.
1.4. Научно-практическая значимость работы. Установлена
структурная и функциональная асимметрия суставного хряща у стареющих
животных, что имеет важное значение для понимания закономерностей
повреждения структурных элементов коленного сустава в поздние периоды
онтогенеза. В рамках единой суставной поверхности дистального эпифиза
бедренной кости стареющих крыс выявлены особенности гистоархитектоники
гиалинового хряща латерального и медиального мыщелков, что позволяет
прогнозировать дифференциальный уровень регенерации суставного хряща в
соответствующих компартментах при травме. С точки зрения
фундаментальной медицины, изучение морфофункциональных характеристик
суставного хряща в его различных компартментах позволит подойти к
решению проблемы научно обоснованных подходов к управлению его
посттравматической регенерацией и оценке риска уровня его повреждения при травме. Полученные результаты исследований в части изменения состояния свободнорадикальных процессов на уровне организма и тканей при повреждении суставного хряща расширяют известные представления о ключевой роли активных кислородных метаболитов в патогенезе нарушения структуры и функций клеток хондрогенного дифферона и хрящевого матрикса. Использование водорастворимых антиоксидантных соединений для управления посттравматической регенерацией суставного хряща у лабораторных животных доказывает необходимость их обязательного включения в существующие схемы лечения травм гиалиновой хрящевой ткани. Завершение реституцией посттравматической регенерации суставного хряща у крыс при использовании нового антиоксиданта ТС-13 позволяют позиционировать его в качестве перспективного хондропротектора.
-
Реализация результатов исследования. Результаты диссертационного исследования относительно роли свободнорадикального окисления липидов при травме суставного хряща и эффективности применения антиоксидантных соединений для управления посттравматической регенерацией хрящевой ткани используются в лекционных курсах «Биология клетки» и «Патология клетки», читаемых в ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный педагогический университет», «Патологическая физиология», преподаваемой в ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава России. Сведения в отношении эффективности управления свободнорадикальными процессами на организменном и тканевом уровнях новым антиоксидантным соединением ТС-13 у стареющих животных используются в научной работе лаборатории молекулярно-клеточной патологии и генодиагностики ФГБУ «Научно-исследовательский институт кардиологии» Сибирского отделения Российской академии медицинских наук.
-
Апробация результатов исследования. Результаты экспериментальной работы доложены и обсуждены на VIII Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы биологии и биологического образования в педагогических вузах» (Новосибирск, 2013), II Всероссийской научно-практической «Профессиональная инициатива» (Чехов, 2013), X Международной научно-практической конференции «Теория и практика современной науки» (Москва, 2013), Международной научно-практической конференции «Актуальные научные вопросы и современные образовательные технологии» (Тамбов, 2013), XXIV Международной научно-практической конференции «Наука и современность - 2013» (Новосибирск, 2013).
1.7. Публикации. По материалам диссертации опубликовано
7 печатных работ, в том числе 2 - в журналах, рекомендованных ВАК
Министерства образования и науки РФ.
1.8. Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на
115 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора
литературы, описания материала и методов исследования, результатов
собственных исследований и их обсуждения, выводов, практических предложений, приложения, библиографического списка цитируемой литературы, который включает 233 источника, из них 136 российских и 97 -зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 27 рисунками и 4 таблицами.
1.9. Личный вклад. Диссертационная работа является результатом трехлетних лабораторных исследований автора на базе лаборатории морфологии Института антиоксидантов ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный педагогический университет». Весь объем работ по набору, обобщению экспериментального и теоретического материалов, а также статистическая обработка полученных результатов автором проведены самостоятельно. Соавторы опубликованных работ оказывали консультативную, техническую и методическую помощь, за что выражаю им глубокую благодарность.
