Морфофункциональная характеристика синовиальной оболочки коленного сустава в зрелом периоде онтогенеза человека и при остеоартрозах

На правах рукописи

Кожанова

Татьяна Геннадьевна

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИНОВИАЛЬНОЙ ОБОЛОЧКИ КОЛЕННОГО СУСТАВА В ЗРЕЛОМ ПЕРИОДЕ ОНТОГЕНЕЗА ЧЕЛОВЕКА И ПРИ ОСТЕОАРТРОЗАХ

03.03.04.- Клеточная биология, цитология, гистология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата медицинских наук

Оренбург - 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор

Полякова Валентина Сергеевна

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

Сазонов Сергей Владимирович

доктор медицинских наук, профессор

Зайцев Валерий Борисович

Ведущая организация: Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального

образования «Тюменская государственная

медицинская академия Федерального

агентства по здравоохранению и

социальному развитию».

Защита состоится 1 декабря 2010г. в 9:00 часов на заседании Диссертационного совета Д. 208.066.04. при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу: 460000 Оренбург, ул. Советская, 6, зал заседаний Учёного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».

Автореферат разослан « 21 » октября 2010г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

д.б.н., профессор Шевлюк Н.Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из частых причин нетрудоспособности является патология суставов. Остеоартроз – самое распространенное заболевание суставов, поражающее как женщин, так и мужчин. Это заболевание определяется более чем у 10-12% населения планеты (Алексеева Л.И., 2000,2003; Хитров Н.А.,2005; Smith M.M., 1998). Частота развития остеоартроза увеличивается с возрастом, он чаще развивается после 30-35 лет, и у людей старше 60 лет встречается в 97% (Цурко В.В.,2002; Артеменко Н.А., 2003,2005; Burkert, B. A., 2005; Ю.И. Денисов –Никольский с соавт. 2005). Sangba O. (2000) прогнозирует к 2020 году удвоение заболеваемости, особенно за счет возрастной группы моложе 45 лет. При остеоартрозе чаще всего поражаются коленные суставы, так как они находятся под постоянной нагрузкой тела, имеют большое количество хрящевых образований и очень часто травмируются.

Значительно возросшие за последние годы технические возможности оперативного вмешательства при повреждениях и заболеваниях суставов особенно остро поставили перед травматологами и ортопедами, перед восстановительной хирургией вопрос о необходимости правильной оценки биологических потенций синовиальной среды суставов, включающей: синовиальную оболочку, ее производную - синовиальную жидкость и суставной хрящ (Павлова В.Н.,1980; Gardner D.L., 1994). Этот комплекс совместно обеспечивает существование сустава как органа, создавая оптимальные биофизические условия для движения сочленяющихся костей, осуществляя обменные процессы в нем. Из названной триады взаимосвязанных структур, имеющих общий источник развития, наиболее изученным является суставной хрящ, сведения же по структурно-функциональной характеристике синовиальной оболочки в онтогенезе человека и при остеоартрозах единичны. Имеются немногочисленные сведения о структурной реорганизации синовиальной оболочки суставов в онтогенезе человека (Бегларян А.Г., 1963; Павлова В.Н., 1980; Вагапова В.Ш., 2002). В литературе последних лет появились сведения о состоянии сосудистой системы синовиальной оболочки в различные периоды онтогенеза человека (Дильмухаметова Л.М.с соавт. 2000, 2002; Борзилова О.Х., 2000), при остеоартрозе (Бородин И.Ю. с соавт., 2005,2006, 2008).

Увеличение распространенности остеоартроза часто наблюдается на фоне ожирения, артериальной гипертонии, ишемической болезни сердца, гиперхолестеринемии, гиперинсулинемии (Корочина И.Э., Багирова Г.Г., 2006; Носкова А.С. с соавт., 2007). Сочетание этих состояний у одного больного обозначается в современной литературе термином «метаболический синдром». Распространенность метаболического синдрома в популяции достигает 20-35% (Дороднева Е. Ф. с соавт., 2002). В возрасте 60 лет доля лиц с метаболическим синдромом составляет в среднем 42-43,5%. Данный симптомокомплекс влияет и на состояние костно-суставного аппарата (Корочина И.Э., Багирова Г.Г., 2006). Сведения о структурной реорганизации синовиальной оболочки у больных с остеоартрозом, протекающим на фоне метаболического синдрома отсутствуют.

Современные представления об особенностях функциональной морфологии суставов не оставляет сомнений в том, что синовиальная оболочка является основным продуцентом синовиальной жидкости, играет немаловажную роль в питании суставного хряща (Орловский Ю.А., 1963; Вагапова В.Ш., 1988, 1999; Бородин И.Ю. с соавт., 2008; Thompson A.M., Stockwell R.A., 1983; Kapitonova M.Y., Othman M., 2004) и восстановлении его целостности (Павлова В.Н. с соавт., 1988; Gardner D.L., 1994). Не смотря на имеющиеся успехи в раскрытии патогенеза дегенеративно-дистрофических процессов в суставном хряще при остеоартрозах, до настоящего времени нет единого мнения о пусковых механизмах и степени структурных перестроек его компонентов при инволютивных изменениях (Martin J.A. and Buckwalter J.A., 2003; Mrosek E.N., et al., 2006).

Таким образом, имеются лишь единичные исследования синовиальной оболочки суставов в разные периоды онтогенеза человека, крайне скудны сведения о её структуре в зрелом периоде онтогенеза человека. Это касается не только клеточных элементов оболочки, но и её межклеточного вещества, которое до сих пор не изучено на современном иммуногистохимическом уровне. Не исследованы особенности структурной реорганизации синовиальной оболочки при остеоатрозах, особенно протекающих на фоне метаболического синдрома.

Цель исследования: выявить особенности структурно-функциональной характеристики синовиальной оболочки коленного сустава в зрелом периоде онтогенезе человека и её реорганизации при остеоартрозах.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявить особенности иммуногистохимической характеристики межклеточного вещества синовиальной оболочки коленного сустава в зрелом периоде онтогенезе человека.
2. Изучить в зрелом периоде онтогенеза человека структурно-функциональную характеристику клеточных элементов синовиальной оболочки коленного сустава и с помощью иммуноцитохимического метода определить среди них показатель готовности их к апоптозу.
3. Выявить особенности структурно-функциональной реорганизации клеток и межклеточного вещества синовиальной оболочки коленного сустава при остеоартрозах.
4. Изучить структурно-функциональную реорганизацию синовиальной оболочки коленного сустава при остеоартрозах, протекающих на фоне метаболического синдрома.

Научная новизна исследования. Впервые изучена иммуногистохимическая характеристика межклеточного вещества, проапоптатическая активность клеток синовиальной оболочки коленного сустава в зрелом периоде онтогенезе человека. Впервые выявлены особенности экспрессии различных видов коллагена (I, II, III, IV) и матриксных металлопротеиназ (MMP-2, MMP-9) в двух периодах зрелого возраста человека. Впервые с использованием иммуногистохимических методов изучена структурно-функциональная реорганизация синовиальной оболочки коленного сустава при остеоартрозах, протекающих на фоне метаболического синдрома и при отсутствии последнего.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты существенно дополняют сведения по структурно-функциональной характеристике синовиальной оболочки в зрелом периоде онтогенеза человека и создают теоретическую основу для расширения представлений о её роли в поддержании гомеостаза синовиальной среды сустава и в развитии остеоартроза. Выявленные особенности морфофункциональной характеристики синовиальной оболочки во втором периоде зрелого возраста человека (увеличение толщины покровного слоя, активизация апоптоза среди клеточных элементов синовиальной оболочки, выраженная экспрессия коллагена ІV типа на границе с внутренним коллагеново-эластическим слоем, активизация металлопротеиназ, участвующих в разрушении межклеточного матрикса) по сравнению с первым периодом свидетельствуют о напряженности работы клеточных элементов синовиальной оболочки по обеспечению её тканевого гомеостаза и могут быть использованы в прикладной медицине при разработке новых ранних (до развития остеоатроза) профилактических и лечебных мероприятий по поддержанию биологических потенций синовиальной среды суставов и препятствующих развитию остеоартроза. Сведения о повышении выработки коллагена ІV типа и активизации матриксных металлопротеиназ, выявленные нами во втором периоде зрелого возраста человека, могут быть использованы для рассмотрения вопросов патогенеза дегенеративно-дистрофических процессов в суставах и их пусковых механизмов. Более выраженная дезорганизация межклеточного вещества, связанная со значительной активизацией матриксных металлопротеиназ, повышенная проапоптатическая активность клеток синовиальной оболочки, очаги метаплазии в ней, выявленные у больных остеоартрозом, протекающем на фоне метаболического синдрома, диктует необходимость активного лечения метаболического синдрома. Эти сведения могут быть использованы в профилактической медицине, при разработке новых подходов в лечении составных элементов синдрома.

Внедрение. Полученные результаты внедрены в учебный процесс и практику НИР на кафедрах гистологии, цитологии и эмбриологии, патологической анатомии, травматологии и ортопедии Оренбургской государственной медицинской академии, на кафедре профилактической медицины Оренбургского государственного университета.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Динамика морфофункциональной характеристики синовиальной оболочки коленного сустава в двух периодах зрелого возраста.
2. Структурное обоснование роли синовиальной оболочки в развитии остеоартроза.
3. Особенности структурно-функциональной реорганизации синовиальной оболочки при остеоартрозах, протекающих на фоне метаболического синдрома.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на IХ конгрессе Международной Ассоциации морфологов (Бухара, 2008), Всероссийской научной конференции «Нейробиологические аспекты морфогенеза и регенерации», посвященная памяти чл.-корр. АМН СССР проф. Ф.М. Лазаренко (Оренбург, 2008), Всероссийской Юбилейной научно-практической конференции патологоанатомов с международным участием к 100-летию проф. П.Г. Подзолкова (Красноярск, 2008), научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и наука: итоги и перспективы» (Саратов, 2008), III съезде Российского общества патологоанатомов (Самара, 2009), Х Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы военной и практической медицины» (Оренбург, 2009), Ежегодной региональной конференции молодых ученых и специалистов (Оренбург, 2010), IХ Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых ученых по медицине (Тула, 2010), конференции, посвященной 65-летию со дня рождения академика МАНЭБ А.Я. Должанова (Воронеж, 2010), Х конгрессе Международной Ассоциации морфологов (Ярославль, 2010).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 117 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 3-х глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов. Список используемой литературы включает 210 источников, из которых 108 отечественных и 102 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 4 таблицами и 50 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материал и методы исследования

Материалом для исследования служили кусочки синовиальной оболочки коленного сустава, взятой от 83 человек при проведении эндопротезирования коленного сустава (61 биопсии) и в ходе судебно-медицинских вскрытий (22 аутопсий) лиц, не имеющих патологии коленного сустава. Выделены три группы наблюдения: первая - контрольная группа людей не имеющие патологии коленного сустава; вторая – больные остеоартрозом без метаболического синдрома и третья – больные остеоартрозом на фоне метаболического синдрома. При разделении людей на возрастные группы использовали возрастную периодизацию Аршавского И.А. (1975). Количественная характеристика использованного материала представлена в таблице 1.

Таблица 1.

Количественная характеристика исследуемых групп людей

в зависимости от пола и возраста.

№	Группы исследования		Число исследуемых людей в двух периодах зрелого возраста человека
			1-ый	2-ой
1.	Контрольная группа людей без патологии суставов	мужчины	6	6
		женщины	5	5
2.	Больные с остеоартрозом без метаболического синдрома	мужчины	0	19
		женщины	0	21
3.	Больные с остеоартрозом на фоне метаболического синдрома	мужчины	0	11
		женщины	0	10
Всего			11	72

Материал для исследования получен при выполнении эндопротезирования коленного сустава на базе 4 городской больницы г.Оренбурга. Для исследования отбирались пациенты, страдающие остеоартрозом III - IV ст. Диагноз остеоартроз и метаболический синдром устанавливали в соответствии с клинико-функциональными, лабораторными и инструментальными критериями.

Для постановки диагноза остеоартроза использовались критерии M. Lequesne (Бунчук Н.В., 2003), рекомендованные в 1986г. Американской коллегией ревматологов (АКР). Согласно этим рекомендациям постановка диагноза базируется на выявлении ограничений движений и/или болезненности при пассивном сгибании и разгибании коленного сустава и рентгенологических изменений: сужение щели, краевые остеофиты, и/или субхондральный склероз, и/или субхондральные кисты.

Для подтверждения степени поражения сустава при остеоартрзах использована классификация по Bandi в модификации Л.В. Лучихиной (Лучихина Л.В., 2001): I стадия разволокнения характеризовалась хондромаляцией – хрящ выглядел бугристым с незначительным разволокнением; при II стадии визуализировалось разволокнение хряща, охватывающее до 50% его глубины; III стадия – разволокнение, охватывающее более 50% глубины хряща, но не доходящее субхондральной кости; IV стадия – полная утрата хряща, видна субхондральная кость розового цвета.

Для выявления компонентов метаболического синдрома больным до операции проводили обследование: измеряли артериальное давление по стандартной методике (метод Короткова) - уровень артериального давления 130/85мм.рт.ст. и выше; окружность талии– более 88 см. для женщин и более 102 см. для мужчин; оценивали степени ожирения по индексу массы тела (ИМТ), рассчитываемому по формуле: ИМТ=(в кг/м)=масса тела (в кг)/рост(в м) (ВОЗ, 2000). Для оценки углеводного обмена определяли уровень глюкозы натощак, выполняли тест на толерантность к глюкозе, для оценки липидного состава крови определяли натощак уровни общего холестерина, липопротеинов высокой плотности. Для определения метаболического синдрома использовали диагностические критерии NCEP (National Cholesterol Education Program; 2002): наличие как минимум 3х критериев из 5. Нами были отобраны пациенты с наличием артериальной гипертонии, ожирения, гиперхолестеринемии.

Для световой микроскопии материал помещали в 10% нейтральный формалин и фиксировали при комнатной температуре в течение суток, и после обезвоживания в спиртах с возрастающей концентрацией заливали в парафин. Приготовление серийных срезов толщиной 5-6 мкм осуществляли на ротационном микротоме МПС-2. Парафиновые срезы подвергали окраске гематоксилином Майера и эозином. Гликоген и нейтральные полисахариды выявляли перийодат-Шифф-реакцией по методу Мак-Мануса-Хочкисса- Шабадаша (Пирс Э., 1962). Для выявления коллагеновых и эластических волокон использовали окраску по Маллори, Ван-Гизон (Пирс Э., 1962; Меркулов Г.А., 1969). Гликозаминогликаны определяли толуидиновым синим при разных значениях рН (1,0; 2,7; 4,6) с проведением контроля (обработка гиалуронидазой).

На парафиновых срезах, помещенных на стекла Super frost plus, с использованием набора реактивов для иммуногистохимии («Bio Genex», США) идентифицировали коллаген I, II, III и IV типов с помощью набора моноклональных антител (Anti-Collagen I, Anti-Collagen II, Anti-Collagen III, Anti-Collagen IV). Определяли экспрессию матриксных металлопротеиназ -2 и -9 (MMP-2, MMP-9)согласно протоколу фирм производителей. Гистосрезы доокрашивали гематоксилином и заключали в канадский бальзам. Степень экспрессии разных типов коллагенов и металлопротеиназ оценивали визуально по бальной системе от 0 до 4. Также определяли экспрессию каспазы-3 и Bcl-2 с помощью набора моноклональных антител согласно протоколу фирм производителей («BioGenex», США). С использованием набора реактивов «Apoptag Plus Peroxidase in situ Apoptosis Detection Kit» («Integrin», Канада) идентифицировали фрагментированную ДНК согласно протоколу фирмы производителя. Ядра клеток докрашивали 0,5% раствором метилового зеленого на 0,1 М ацетатном буфере. Производили подсчет клеток экспрессирующих каспазу-3, Bcl-2, Apoptag и выражали в ‰.

Для ультрамикроскопического исследования материал фиксировали в 2,5% растворе глутарового альдегида на какодилатном буфере (рН= 7,3), с последующей дополнительной фиксацией в 1% растворе четырехокиси осмия на том же буфере. Материал обезвоживали в растворах ацетона с возрастающей концентрацией. После дегидратации кусочки заливали смесью эпона и аралдита (Уикли, 1975). Полутонкие срезы для прицельной заточки окрашивали по прописи Sato T., Shamoto M. (1973). Ультратонкие срезы, изготовленные на ультратоме LKB-5 (Bromma, Sweden) подвергали двойному контрастированию растворами уранилацетата и цитрата свинца по Reynolds (1963). Исследование ультратонких срезов и их фотографирование производили в электронном микроскопе ЭВМ 100АК при увеличении от 4000 до 40000.

С помощью винтового окуляр-микрометра МОВ-1-1,5 J 4.2 определяли толщину покровного слоя синовиальной оболочки.

Статистическая обработка количественных данных, построение таблиц произведена на ПЭВМ Pentium IV с использованием пакета программ «Statistica 6,6 for Windows» и программного пакета «MS Excel 2007». Производили подсчет среднеарифметических значений абсолютных и относительных величин (М), ошибок средних величин (m) и стандартных отклонений (s). Достоверность различий сравниваемых показателей определяли по t-критерию Стьюдента. Различия средних величин считали достоверными при уровне значимости р < 0,05 (95%).

Результаты исследования и их обсуждение.

Структурно-функциональная характеристика синовиальной оболочки коленного сустава в зрелом периоде онтогенеза человека.

В ходе зрелого периода онтогенеза человека как показали наши исследования, происходит структурная реорганизация клеток и межклеточного вещества синовиальной оболочки коленного сустава. В синовиальной оболочке нами выявлен четко выделяющийся покровный слой, непосредственно прилежащий к нему коллагеново-эластический слой и глубокий коллагеново-эластический слой.

Покровный слой представляет собой пласт соединительной ткани, содержащий преимущественно клетки, основное вещество и кровеносные капилляры. Толщина этого слоя в I периоде зрелого возраста человека составляет 36,3 ± 7,2 мкм. Во II периоде зрелого возраста человека происходит увеличение толщины покровного слоя, как за счет покрывающих клеток, так и за счет увеличения основного вещества. Покровный слой во II периоде зрелого возраста человека составляет 118,6 ± 16,5 мкм.

Среди клеток покровного слоя синовиальной оболочки в I периоде зрелого возраста преобладают клетки с большим количеством микроворсинок, развитым комплексом Гольджи, с многочисленными вакуолями и лизосомами, т.е. так называемые макрофагоподобные клетки.

Во II периоде зрелого возраста человека наряду с макрофагальными синовиоцитами чаще, чем в I периоде встречаются клетки крупных размеров с развитой гранулярной эндоплазматической сетью, с большим количеством фиксированных на ней рибосом и полисом. Это фибробластоподобный синовиоцит.

Исследование экспрессии каспазы-3, Bcl-2 и интрануклеосомальной фрагментации ДНК, для определения проапоптатической активности клеток синовиальной оболочки показало, что во II периоде зрелого возраста человека, не смотря на увеличение синовиоцитов, обнаруживается большая по сравнению с I периодом готовность клеток к запрограммированной клеточной гибели (Таблица 2).

Таблица 2.

Показатели экспрессии маркеров запрограммированной

клеточной гибели в разные периоды зрелого возраста человека.

Периоды зрелого возраста человека	Количество экспрессирующих клеток в ‰
	Bcl-2	Каспаза 3	Apoptag
I период	0,9 ± 0,07	1,3 ± 0,08	1,25 ± 0,06
II период	0,5 ± 0,04	2,0 ± 0,07	2,5 ± 0,1

Среди исследуемых типов коллагена выявленных в синовиальной оболочке иммуногистохимически как в I, так и во II периоде зрелого возраста больше всего экспрессируется коллаген III типа, причем более выражена во II периоде зрелого возраста человека (Рис.1). В I периоде большая экспрессия коллагена III типа наблюдается между синовиоцитами, а во II периоде зрелого возраста коллаген III типа в виде нежноволокнистой сети экспрессируется среди синовиоцитов и значительно экспрессируется во внутренней и наружной коллагеново-эластических слоях синовиальной оболочки.

Рис. 1. Фрагмент синовиальной оболочки.

Стрелками указана экспрессия коллагена III типа.

В синовиальной оболочке в зрелом периоде онтогенеза выявлена умеренная экспрессия коллагена I типа и слабая экспрессия коллагена II типа (Таблица 3).

Таблица 3.

Результаты иммуногистохимического исследования синовиальной оболочки коленного сустава в зрелом возрасте человека.

Периоды зрелого возраста человека	Экспрессия коллагенов в условных единицах
	I тип	II тип	III тип	IV тип
I период	0,9 ± 0,1	0,32 ± 0,1	1,5 ± 0,2	0,6 ± 0,07
II период	1,2 ± 0,08	0,36 ± 0,08	2,2 ± 0,1	1,0 ± 0,2

Покровный слой, являясь пластом соединительной ткани с покрывающими клетками – синовиоцитами, ограничивающими суставную полость, не имеет базальной мембраны. Однако, при иммуногистохимическом выявлении коллагена IV типа, являющийся волокнистым компонентом базальных мембран, экспрессируется между синовиоцитами во II периоде зрелого периода и значительно экспрессируется на границе с внутренним коллагеново-эластическим слоем синовиальной оболочки (Рис.2). Выраженная экспрессия коллагена IV типа наблюдается в стенке сосудов внутреннего коллагеново-эластического слоя и слабая в сосудах наружного коллагеново-эластического слоя.

Рис. 2. Фрагмент синовиальной оболочки.

Стрелками указана экспрессия коллагена IV типа.

Для исследования состояния экстрацеллюлярного матрикса синовиальной оболочки в зрелом возрасте нами произведены иммуногистохимические исследования по выявлению активности металлопротеиназ (MMP-2, MMP-9), участвующих в разрушении межклеточного матрикса. Обнаружена слабая экспрессия этих ферментов в синовиальной оболочке в I периоде зрелого возраста человека с тенденцией к повышению во II периоде зрелого периода, особенно MMP-9 (Рис. 3).

Рис. 3. Экспрессия металлопротеиназ (MMP-2, MMP-9) в зрелом периоде онтогенеза человека ( в усл. ед.).

По оси ординат – показатели экспрессии в условных единицах.

По оси абсцисс - группы исследования:

1- I период зрелого возраста человека;

2 - II период зрелого возраста человека.

*- различия достоверны при уровне значимости р <0,05.

Таким образом, выявленные особенности морфофункциональной характеристики синовиальной оболочки коленного сустава (увеличение толщины покровного слоя, выраженная в нем экспрессия коллагена IV типа, формирующего структуру подобную «базальной мембране» активизация матриксных металлопротеиназ, увеличение проапоптатической активности клеток синовиальной оболочки) в контрольной группе II периода зрелого возраста человека предрасполагают к развитию в этом периоде дегенеративно-дистрофических процессов в синовиальной среде суставов. Повышенная продукция коллагена IV типа в синовиальной оболочке в этом периоде, по нашему мнению, является одним из пусковых механизмов к активизации металлопротеиназ, разрушающих межклеточный матрикс синовиальной оболочки суставов, изменения в котором способствуют развитию дегенеративно-дистрофических процессов в суставном хряще и с согласуется с имеющимися сведениями литературы, что остеоартроз до 35 лет не встречается, а во II периоде, особенно ближе к 60 годам, обнаруживается в разной степени выраженности у 97% людей (Цурко В.В.,2002; Артеменко Н.А., 2003,2005; Burkert, B. A., 2005; Ю.И. Денисов –Никольский с соавт. 2005).

Структурно-функциональная характеристика синовиальной оболочки коленного сустава при остеоартрозах.

Остеоартроз характеризуется деградацией хряща, при котором происходит усиленное разрушение внеклеточного матрикса, особенно сети фибрилл коллагена I, II, III типа. Не смотря на имеющиеся успехи в раскрытии патогенеза дегенеративно-дистрофических процессов в коленных суставах, до настоящего времени нет единого мнения о пусковых механизмах и степени структурных перестроек его компонентов при инволютивных изменениях (Martin J.A. and Buckwalter J.A., 2003; Mrosek E.N., et al., 2006).

Значительную роль в трофическом обеспечении суставного хряща и удалении продуктов метаболизма хондроцитов играет синовиальная оболочка (Бородин Ю.И. с соавт., 2008; M.Y. Kapitonova, M. Othman, 2004).

Исследования синовиальной оболочки при остеоартрозе единичны. Все исследованные нами пациенты с остеоартрозом относятся к II периоду зрелого возраста человека, поэтому контролем служила эта же возрастная подгруппа, не имеющая патологии суставов.

Толщина покровного слоя, представленная преимущественно синовиоцитами составляет 64,0 ± 5,9 мкм. Синовиоциты имеют множество микроворсин, которые видны даже на световом уровне. Эти клетки четко поляризованы, больше видно ворсин на апикальных концах клеток, где значительно вакуолизирована цитоплазма. На субмикроскопическом уровне они представляют собой клетки с множественными микроворсинами (псевдоподиями) с развитым комплексом Гольджи, с большим числом вакуолей, фагосом, пиноцитозных пузырьков, т.е. имеют типичную структуру клетки макрофагального типа.

По сравнению с контролем среди синовиоцитов при остеоартрозе возрастает проапоптатическая активность. Количество клеток экспрессирующих каспазу-3 возрастает до 3,1 ± 0,15‰ (по сравнению с контролем 2,0 ± 0,07‰), Apoptag до 3,6 ± 0,2‰ (по сравнению с контролем 2,5 ± 0,1‰). Клетки экспрессирующие Bcl-2 встречаются редко. Уровень экспрессии составляет 0,25 ± 0,07‰, по сравнению с контролем 0,5 ± 0,04‰.

У больных с остеоартрозом по сравнению с контролем не экспрессируется коллаген IV типа на границе с внутренним коллагеново-эластическим слоем, он лишь слабо экспрессируется в стенке сосудов (Рис.4).

Рис.4. Фрагмент синовиальной оболочки.

Стрелками указана экспрессия коллагена IV типа.

При остеоартрозе III степени уровень экспрессии коллагена III типа по сравнению с контролем уменьшается, вокруг сосудов нередко виден периваскулярный отек, фрагментация коллагена III типа особенно при остеоартрозе III – IV степени (Рис. 5). В отдельных участках синовиальной оболочки этих пациентов покровный слой представлен одним слоем синовиоцитов и тонкими пучками волокон экспрессирующего коллаген I типа.

Рис. 5. Фрагмент синовиальной оболочки.

Стрелками указана экспрессия коллагена III типа.

А - периваскулярный отек.

Исследования экспрессии металлопротеиназ (MMP-2, MMP-9) показало, что при остеоартрозе идет активизация этих ферментов не только в синовиальной жидкости и межклеточном веществе суставного хряща. Наиболее выражена активация их в экстрацеллюлярном матриксе синовиоцитов, где он значительно выше, чем в контроле (Рис. 6).

Рис. 6. Уровень экспрессии металлопротеиназ (MMP-2, MMP-9) при остеоартрозах (в усл. ед).

По оси ординат – показатели экспрессии в условных единицах.

По оси абсцисс - группы исследования:

1-контрольная группа без патологии суставов

2- больные с остеоартрозом

3-больные с остеоартрозом на фоне метаболического синдрома

*- различия значимы по сравнению с контролем при р <0,05.

Наибольшая экспрессия металлопротеиназ наблюдается в покровном слое между синовиоцитами, так и во внутреннем коллагеново-эластическом слое, волокна в котором местами разволокнены и фрагментированы. В зонах, где еще сохранены пучки коллагеновых волокон, активность матриксных металлопротеиназ наиболее выражены.

Таким образом, выявленная структурно-функциональная реорганизация синовиальной оболочки, безусловно, является одним из усугубляющих факторов развивающейся деструкции суставного хряща при остеоартрозе.

Структурно-функциональная характеристика синовиальной оболочки коленного сустава при остеоартрозах на фоне

метаболического синдрома

Вопрос о влиянии метаболических нарушений, выделенных в единый синдром, на развитие и прогрессирование остеоартроза является не изученным, хотя распространенность метаболического синдрома в популяции достигает 20 – 35 % и увеличивается с возрастом (Sorkhou E.I. et al.,2004). Не смотря на многообразие проявлений метаболического синдрома, артериальная гипертензия и ожирение являются основными его диагностическими критериями. При отборе больных нами взяты три критерия метаболического синдрома: артериальная гипертония, ожирение и гиперхолестеринемия.

В большинстве исследованных нами синовиальных оболочек при остеоартрозе на фоне метаболического синдрома, четких границ слоев синовиальной оболочки нет. Поверхностный слой истончен, по сравнению с пациентами с остеоартрозом без метаболического синдрома, и представлен одним - двумя пластами синовиоцитов и составляет 29, 8 ± 4,5 мкм.

Среди синовиоцитов чаше встречаются клетки с множеством микроворсин (псевдоподий). Это макрофагоподобные клетки, они располагаются вдоль внутренней поверхности синовиальной оболочки, но форма их чаще уплощена.

Среди клеток покровного слоя проапоптатическая активность, определяемая количеством клеток в ‰ экспрессирующих каспазу-3, Apoptag возрастает по сравнению с контрольной группой у больных с остеоартрозом без метаболического синдрома. Количество клеток экспрессирующих каспазу-3 возрастает до 4,3 ± 0,2‰ (по сравнению с больными с остеоартрозом без метаболического синдрома – 3,1 ± 0,15 ‰), Apoptag 5,2 ± 0,3 ‰ (по сравнению с больными с остеоартрозом без метаболического синдрома – 3,6 ± 0,2 ‰). Клетки экспрессирующие Bcl-2 не обнаруживаются. В коллагеново-эластических слоях уменьшается количество коллагеновых волокон, увеличивается количество эластических волокон. Коллагеновые волокна выявлены нами в большей мере в наружной оболочке сосудов. Среди сосудов микроциркуляторного русла во внутреннем коллагеново-эластическом слое синовиальной оболочке при остеоартрозе на фоне метаболического синдрома наряду с капиллярами, часто обнаруживаются венулы. Число артериол на единицу площади среза синовиальной оболочки уменьшено. В эндотелиоцитах этих сосудов наблюдается отек, в зоне контактов эндотелиоцитов обнаруживаются щелевидные пространства, в отдельных клетках средней оболочки явления плазморексиса и кариолизиса. Толщина оболочек артериол увеличивается за счет увеличения содержания в них ШИК положительного материала.

При иммуногистохимической верификации коллагенов экспрессия всех видов коллагена снижена, в том числе основного коллагена III типа. Волокна коллагена III типа фрагментированы, коллаген разволокнен, в зоне его разрушения обнаруживаются плазмациты и макрофаги (Рис. 7). Экспрессия коллагена IV типа наблюдается только в наружной оболочке сосудов.

Рис.7. Фрагмент синовиальной оболочки.

Стрелками указана экспрессия коллагена III типа.

В синовиальной оболочке усиливается экспрессия матриксных металлопротеиназ, особенно матриксной металлопротеиназы -9 (Рис. 6).

В отдельных участках синовиальной оболочки повышается экспрессия коллагена II типа. Появляются хрящеподобные очаги, в которых видны формирующиеся изогенные группы хрящевых клеток.

Таким образом, у больных с остеоартрозом на фоне метаболического синдрома в синовиальной оболочке коленного сустава выявлен более выраженный по сравнению с больными без метаболического синдрома процесс структурно-функциональной реорганизации, проявляющийся в дезорганизации волокнистых элементов оболочки, большей активизацией ферментов разрушающих межклеточный матрикс, большей активизацией запрограммированной клеточной гибели среди клеток синовиальной оболочки, появление очагов перестройки – метаплазии волокнистой ткани в хрящевую. Выявленная структурная перестройка влияет на процессы деструкции и пролиферации в суставном хряще, на тяжесть клинических проявлений остеоартроза и требует мероприятий, направленных на профилактику и активное лечение компонентов метаболического синдрома.

ВЫВОДЫ

1. В І периоде зрелого возраста человека покровный слой синовиальной оболочки образован одним – двумя пластами клеток, среди которых преобладают макрофагоподобные (А-типа) синовиоциты, в нем мало межклеточного вещества.

2. Во ІІ периоде зрелого возраста человека толщина покровного слоя увеличивается как за счет увеличения пластов синовиоцитов, так и за счет основного вещества. Среди синовиоцитов наряду с клетками А-типа чаще, чем в І периоде встречаются синовиоциты В-типа (фибробластоподобные).

3. Среди всех исследуемых типов коллагена (І, ІІ, ІІІ, ІV) в синовиальной оболочке в зрелом периоде онтогенеза преобладающим является коллаген ІІІ типа.

4. Во ІІ периоде зрелого возраста человека выявлена выраженная экспрессия коллагена ІV типа среди синовиоцитов и на границе с внутренним коллагеново-эластическим слоем, где он формирует «базальную мембрану».

5. Во ІІ периоде зрелого возраста человека в экстрацеллюлярном матриксе увеличивается по сравнению с І периодом активность матриксных металлопротеиназ (ММР-2, ММР-9), вызывающих дезорганизацию межклеточного вещества. Увеличивается проапоптатическая активность клеток синовиальной оболочки.

6. Выявленная структурно-функциональная реорганизация синовиальной оболочки во ІІ периоде зрелого возраста человека свидетельствует о напряженности её работы по поддержанию гомеостаза в синовиальной среде суставов, что может явиться пусковым механизмом к развитию остеоартроза.

7. Структурная реорганизация синовиальной оболочки при остеоартрозе (снижение экспрессии коллагена ІІІ типа, фрагментация волокон, исчезновение коллагена ІV типа, усиление экспрессии матриксных металлопротеиназ, повышение готовности клеток к апоптозу) свидетельствует о развивающейся в ней дезорганизации межклеточного вещества, которую можно рассматривать как один из факторов прогрессирования дегенеративно-дистрофических процессов в синовиальной среде сустава.

8. При остеоартрозе, протекающем на фоне метаболического синдрома, степень структурно-функциональной реорганизации синовиальной оболочки более выражена, наряду с деструктивными процессами, в ней происходит очаговая метаплазия с образованием фрагментов хрящеподобной ткани.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Особенности патоморфологических проявлений остеоартроза коленных суставов при метаболическом синдроме. // Морфология. - 2008. - т.133, № 2. - с. 63-64 (в соавт. Полякова В.С., Корочина И.Э.).

2. Особенности патоморфологических изменений синовиальной оболочки и хряща коленного сустава при метаболическом синдроме. – Актуальные вопросы современной патологии.//Материалы Всероссийской Юбилейной научно-практической конференции патологоанатомов с международным участием к 100-летию профессора П.Г. Подзолкова. Красноярск. - 2008. - с. 214-216.

3. Структурно-функциональная реорганизация синовиальной оболочки и хряща коленного сустава при метаболическом синдроме. // Морфология. – 2008. - т. 134, № 5. - с.74-75.

4. Особенности реорганизации синовиальной оболочки коленного сустава при метаболическом синдроме. // Материалы межрегиональной научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием: «Молодежь и наука: итоги и перспективы». Саратов. – 2008. - с.81.

5. Патоморфологические изменения синовиальной оболочки и хрящевой ткани коленного сустава при метаболическом синдроме. // Актуальные вопросы патологической анатомии. Материалы ІІІ съезда Российского общества патологоанатомов. Самара. – 2009. - с.231-233.

6. Состояние экстрацеллюлярного матрикса синовиальной оболочки коленного сустава при остеоартрозах. // Информационный архив. – 2009. - т.3, №4. - с. 49-51 (в соавт. Полякова В.С., Сафронов А.А.).

7. Особенности изменений синовиальной оболочки коленного сустава при метаболическом синдроме.// Вестник ОГУ. – 2010. -№ 4. - с.94-95.

8. Изменение гистоархитектоники синовиальной оболочки при гонартрозах на фоне метаболического синдрома.// Вестник новых медицинских технологий. - 2010. - т.17, № 2. – с. 64-65 (в соавт. Муртазина Л.Г.).

9. Структурно-функциональная характеристика синовиальной оболочки коленного сустава в норме и патологии. // Вестник новых медицинских технологий. – 2010. - т.17, № 2. - с. 155-157.

10. Гистологическая характеристика межклеточного вещества синовиальной оболочки коленного сустава при метаболическом синдроме. – Морфология. – 2010. - т. 137, № 4. - с. 93 ( в соавт. Полякова В.С.).