Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Морфологические и функциональные предпосылки повреждений коленного сустава у представителей семейства собачьих

ВАК РФ 06.02.01, Разведение, селекция, генетика и воспроизводство сельскохозяйственных животных

Автореферат диссертации по теме "Морфологические и функциональные предпосылки повреждений коленного сустава у представителей семейства собачьих"

На правах рукописи

Широкова Елена Олеговна

Морфологические и функциональные предпосылки повреждений коленного сустава у представителей семейства собачьих

06.02.01 - Диагностика болезней и терапия животных, патология, онкология и морфология животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

3 ПАР 2015

Москва-2015

005559999

005559999

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Слесаренко Наталья Анатольевна доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ

Ягников Сергей Александрович доктор ветеринарных наук, профессор, профессор кафедры клинической ветеринарии ФГОАУ ВО

«Российский университет дружбы народов»

Краснов Виталий Викторович доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник научной клинико-экспериментальной лаборатории патологии осевого скелета и нейрохирургии ФГБУ «Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Казанская государственная

академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана»

Защита состоится 16 апреля 2015 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.042.02 при ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И.Скрябина» по адресу: 109472, г. Москва, ул. Академика Скрябина, д. 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И.Скрябина» по адресу: 109472, г. Москва, ул. Академика Скрябина, д. 23 и на сайте ВАК РФ http://www.vak2.ed.gov.ru.

Автореферат разослан 20 февраля 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 220.042.02,

доктор ветеринарных наук ^ Л.Ф. Сотникова

Актуальность темы исследования.

Изучение закономерностей структурной организации суставов большой подвижности с целью обоснования факторов риска их повреждений до настоящего времени остается одной из актуальных проблем клинической анатомии и ветеринарной медицины. Особо уязвимым в этом отношении является коленный сустав - один из самых функционально обремененных и в связи с этим отличающийся сложностью анатомической организации [Абельянц Г.С., 1955; Слесаренко H.A., 2011; Торба А.И., 2003; Ягников С.А., 2003]. До настоящего времени практически не изучены особенности структурной организации данного сочленения как единой биомеханической системы, обусловленные видовой, породной и возрастной характеристикой животных. Вместе с тем, эти данные являются основополагающими в расшифровке морфофункциональных предпосылок возникновения и развития породоспецифических форм артропатий articulatio genus. В литературе последних лет накоплены обстоятельные сведения о структурной организации коленного сустава у животных различных таксономических групп, развитии патологий данного сочленения, а также методов их диагностики и лечебной коррекции [Абельянц Г.С., 1955; Давыдов В.Б., 2000; Капустин Р.Ф., 2006 и другие]. Однако многие вопросы, касающиеся видоспецифических признаков макро- и микроморфологии articulatio genus у собак требуют дальнейшего изучения. Более того, не проведен анализ факторов риска в развитии его артропатий, базирующийся на структурно-биомеханических корреляциях, не в полной мере отображены структурные и функциональные основы возникновения и манифестации деструктивного процесса в суставе. Представляет несомненный научно-практический интерес сущность адаптивно-компенсаторных перестроек, возникающих в интра- и параартикулярных тканях. В доступной литературе практически отсутствуют данные, касающиеся топографоанатомических особенностей синовиальных сумок окружающих сустав, вместе с тем эти данные имеют важное практическое значение в расшифровке патогенеза гонартроза.

Назрела настоятельная необходимость дальнейшего изучения адаптивных преобразований, возникающих в интра- и параартикулярных тканях в условиях индуцирования измененной биомеханической ситуации в суставе и имплантации в него инъекционных препаратов, предназначенных для эндопротезирования синовиальной жидкости. Несмотря на множество инъекционных хондро- и остеоиндукторов, требуют совершенствования способы их безопасного введения в суставную полость.

Исходя из вышеизложенного, цель исследования - представить морфологическую и функциональную характеристику коленного сустава у представителей семейства Canidae с учетом породы, возраста и условий обитания животных и на этом основании установить зоны его наименьшей в биомеханическом отношении устойчивости с целью обоснования методов лечебной коррекции артропатий различной природы.

Для реализации цели необходимо решение ряда конкретных задач:

1. выявить общие закономерности и породные особенности морфологической организации коленного сустава у представителей семейства собачьих;

2. установить топографоанатомические взаимоотношения сустава с параартикулярными структурами;

3. изучить комплекс структурных преобразований коленного сустава у собак в сравнении с волком как природным эталоном изучаемой анатомической области;

4. выявить зоны наименьшей в биомеханическом отношении устойчивости сочленения, инициирующие развитие его патологий;

5. выявить комплекс структурных изменений в синовиальных тканях, в условиях индуцированного гонартроза;

6. разработать малотравматичный способ введения лекарственных веществ в полость коленного сустава и оценить хондрогенетические и лубрикационные потенции внутрисуставного инъекционного препарата «Нолтрекс», предназначенного для эндопротезирования синовиальной жидкости.

Научная новизна.

Установлены общие закономерности и породные особенности морфологической организации коленного сустава у представителей семейства собачьих.

На основании биомеханического моделирования стато-локомоторного акта выявлен механизм циркуляции синовиальной жидкости в коленном суставе. Определена роль сесамовидной кости подколенной мышцы как своеобразного клапана, регулирующего направление тока внутрисуставной жидкости.

Определены морфофункциональные предпосылки к развитию патологий коленного сустава: изменения макроархитектуры коленной чашки и гребней блока на бедренной кости, характера прикрепления сухожильного пласта четырехглавой мышцы бедра, морфологической организации парапателлярной ткани.

На основании установленных морфометрических параметров костного остова бедро-чашечного сочленения разработан способ прогнозирования развития вывиха коленной чашки у собак мелких пород.

В условиях экспериментального моделирования разработана методика индуцирования гонартроза, изучена динамика деструктивных преобразований в тканях сустава и показана возможность использования препарата «Нолтрекс» для оптимизации репаративного остео- и хондрогенеза.

Уточнены топические особенности бурс, постоянно сообщающихся с полостью сустава, и на этом основании разработан малоинвазивный интраартикулярный способ введения лекарственных веществ.

Теоретическая и практическая значимость.

Показана высокая адаптивная пластичность структур коленного сустава у изучаемых представителей семейства Сашёае (собака, волк, лисица), которая обусловлена механизмом статолокомоторного акта изучаемых животных и подтверждается установленными общими закономерностями, видоспецифическими и породными особенностями морфологической организации как самого сустава так и параартикулярных тканей.

Установлены морфофункциональные предпосылки возникновения и развития повреждений сустава в условиях измененной биомеханической нагрузки.

На основании проведенных клинико-морфологических исследований разработан метод интраартикулярного введения лекарственных веществ. Клиническая апробация тестируемого препарата для эндопротезирования синовиальной жидкости при лечении животных с артрозами крупных суставов различной этиологии (посттравматической и диспластической природы) продемонстрировала его высокую эффективность, что позволяет рекомендовать его для широкого применения в практике ветеринарной медицины.

Положения, выносимые на защиту.

1. Морфологические, рентгенографические, морфометрические, и биомеханические показатели коленного сустава как объективные критерии для научно обоснованного подхода к оценке его структурного и функционального состояния.

2. Морфо-биомеханические и рентгенографические параметры структурных компонентов коленного сустава - базовые при клинико-функциональной квалификации его состояния и разработке методов диагностики и лечения.

3. Установленный механизм циркуляции синовиальной жидкости в суставе и параартикулярных структурах как научное обоснование для вскрытия патогенеза гонартроза и интраартикулярного введения лекарственных веществ.

4. Эндопротезирование синовиальной жидкости посредством интрабурсального введения препарата «Нолтрекс» оптимизирует репаративный хондро- и остеогенез в поврежденных тканях коленного сустава.

Методология и методы исследования.

Необходимость научного обоснования структурных, биомеханических предпосылок возникновения и развития повреждений коленного сустава у собак определила целесообразность использования комплексного методического подхода, включающего: морфометрию, обзорную, контрастную рентгенографию, световую микроскопию гистологических срезов, экспериментальное моделирование деструктивного процесса с целью выявления патоморфологических изменений в его тканях и разработке на этой основе рациональных методов лечебной коррекции.

Степень достоверности и апробация результатов исследования.

В основу работы положен анализ результатов комплексных исследований, выполненных на 65 собаках различных пород заводского

разведения, 7 лисиц и 17 волков из природных популяций, а также 27 крысах линии Вистар. Использовали морфологический, рентгенографический и экспериментальный методы исследования. Полученный цифровой материал подвергали статистической обработке по классическим методикам.

Материалы исследований представлены и апробированы на 7-й Всероссийской научной конференции «Бабухинские чтения» (Орел, 2009), ХУШ Московском Международном ветеринарном конгрессе (Москва, 2010), X Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Ярославль, 2010), XI Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Самара, 2012), Объединенном ХП Конгрессе Международной ассоциации морфологов и УП Всероссийском съезде анатомов, гистологов, эмбриологов (Тюмень,2014) Международной учебно-методической и научно-практической конференции «Актуальные проблемы ветеринарной медицины, зоотехнии и биотехнологии», посвященной 95-летию со дня основания ФГБОУ ВПО МГАВМиБ (Москва, 2014).

Публикации по теме диссертации. Опубликовано 10 научных статей по теме диссертации из них 8 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Получен патент РФ на изобретение.

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста (без учета приложений) и состоит из введения, обзора литературы, результатов исследований и их обсуждения, выводов, рекомендаций по использованию научных выводов, списка литературы, включающего 220 источников, из них 120 отечественных и 100 зарубежных. Диссертация иллюстрирована 50 рисунками и 15 таблицами.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материал и методы исследования.

Исследования выполняли на базе кафедры анатомии и гистологии животных им. профессора А.Ф. Климова ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И.Скрябина» с 2009-2014 год. Объектами исследований служили 65 особей собак заводского разведения: кавказская овчарка (п=17) среднеазиатская овчарка (п=19), той-терьер (п=14), йоркширский терьер (п=15), а также лисица из природных биоценозов (п=7), отличающиеся соматическими признаками, динамическим стереотипом и механизмом стато-локомоторного акта, который, как известно, определяет распределение статодинамической нагрузки на костные компоненты сустава. Контролем служил степной волк (п=17), являющийся природной нормой строения изучаемого сочленения. В исследованиях использовали животных обоего пола в возрастном диапазоне от новорожденное™ до 10 лет. Моделирование гонартроза выполняли на 27 крысах линии Вистар с массой тела 200-250 г в возрасте 6 мес.

Таблица 1. Объем проведенных исследований.

Вид животного Порода Анатомическое препарирование Обзорная рентгенография Световая микроскопия гистологических срезов Морфометрия

Собака Кавказская овчарка 34 5 4 34

Среднеазиатская овчарка 38 7 6 38

Йоркширский терьер 30 7 5 30

Той-терьер 28 9 7 28

Лисица 14 7 5 14

Волк 34 24 9 34

Крыса Вистар 27 7 15 -

Итого: 205 66 51 178

Макроскопическую морфометрию компонентов сустава осуществляли с помощью штангенциркуля. Определяли длину и ширину гребней блока для коленной чашки на бедренной кости, а также морфометрические параметры самой коленной чашки. Микроскопическое исследование проводили с использованием световой микроскопии. Морфологическим исследованиям подвергали свежеизвлеченные образцы связок, сухожилий, сесамовидных костей, парапателлярного хряща по классическим методикам [Автандилов Г.Г., 1990].

Изучение общей морфологической картины проводили в световом микроскопе «Nikon» после окраски гистологических срезов гематоксилином и эозином, а так же пикрофуксин-фукселином по общепринятой методике [Мажуга П.М., Черкасов В.В., 1971; Павлова В.Н., 2011].

Микроморфометрию структур осуществляли под микроскопом «Nikon» с помощью сертифицированной программы «ImageScope».

Для изучения пространственной организации компонентов коленного сустава у представителей семейства собачьих в норме и при патологии использовали обзорную рентгенографию, которую выполняли в прямой и боковой проекциях (в зависимости от задач исследования) на R-пленку AGFA (Германия), с использованием рентгеновского аппарата 12П6 завода «Актюбрентген», кассет типа «ЭУИ-1» с усиливающими экранами, при следующих режимах съемки: фокусное расстояние 80-120 см, сила тока 60 тА, напряжение 42-48 kV, экспозиция 6-30 тАс. При дешифровке рентгенограмм определяли структурное состояние компонентов коленного сустава в соответствии с методическими рекомендациями (Слесаренко H.A., Амосов И.С., Белов А.Д., 1985).

Моделирование гонартроза выполняли в условиях асептики и антисептики. У крыс под эфирным наркозом вскрывали полость левого коленного сустава и механическим путем создавали клиновидный дефект на суставной поверхности бедренной кости. Операционную рану послойно ушивали.

Условия содержания, оперативного вмешательства и выведения из опыта соответствовали требованиям, регламентирующим гуманное отношение к лабораторным животным. Все экспериментальные исследования: содержание, уход и эвтаназию проводили в соответствии с требованиями приказов МЗ СССР №755 от 12.08.1977, №701 от 27.07.1978, «Санитарных правил по устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев)», «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей» (1986) и «Хельсинской декларации всемирной медицинской ассоциации» (1964).

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Макро- и микроморфология коленного сустава у собак.

С целью изучения породных и возрастных особенностей морфологической организации коленного сустава у собак нами был предпринят детальный функциональный анализ его структурных составляющих. При этом установлены как общие закономерности строения articulatio genus, свойственные представителям других таксономических групп, так и видоспецифические признаки, обусловленные биомеханическими особенностями двигательного поведения семейства Canidae. Известно, что у собак мелких пород наиболее распространенной патологией коленного сустава является вывих коленной чашки [Слесаренко H.A., 2011; Торба А.И., 2003; Позябин C.B., 2013]. При разгибании коленного сустава patella скользит по блоку бедренной кости проксимально, а при сгибании — дистально. В этой связи форма коленной чашки и строение гребней блока для нее на бедренной кости конструктивно взаимосвязаны, что согласуется с данными литературы [Гибадуллина Ф.Б., 2004; Капустин Р.Ф., 2007; Слесаренко H.A., 2011]. Нами установлено, что у волка «склоны гребней» блока ярко выражены, при этом медиальный гребень превосходит латеральный. У исследованных нами собак крупных пород (среднеазиатская овчарка, кавказская овчарка аборигенного происхождения) гребни блока имеют сходную форму с формой, обнаруженной у волка, однако у собак мелких пород (той-терьер, йоркширский терьер) их рельеф сглажен.

При изучении онтогенетических морфометрических характеристик patella нами выявлено, что коленная чашка уже хорошо структурно оформлена у новорожденных щенков. Вместе с тем, ее макроархитектура и морфометрические показатели определяются породной принадлежностью. У волка, избранного нами в качестве природной нормы строения в возрасте 2

месяцев, а также в половозрелый период, patella по длине и ширине незначительно превосходит ее размеры у крупногабаритных собак. У собак мелких пород, таких как йоркширский терьер и той-терьер, коленная чашка по своим линейным параметрам достоверно (р < 0,05) уступает данным показателям, обнаруженным у собак крупных пород в аналогичный период онтогенеза. На основании обработки имеющихся морфометрических показателей нами установлен коэффициент вариабельности (Cv%) для костных компонентов бедро-чашечного сустава у изучаемых представителей семейства собачьих (собака, волк и лисица) (табл. 2).

Таблица 2. Коэффициент вариабельности (Су%) морфометрических характеристик бедро-чашечного сустава (блока для коленной чашки и коленной чашки) у собачьих.___

Вид животного Порода Гребни блока бедренной кости Коленная чашка

длина ширина глубина длина ширина

Собака Кавказская овчарка 1,83 7,65 10,2 3,68 7,2

Среднеазиатская овчарка 1,33 17,11 8,39 2,16 6,78

Той-терьер 3,75 7,2 11,21 10,15 9,14

Йоркширский терьер 2,55 12,42 11,76 7,23 9,72

Волк 1,4 4,99 4,37 2,38 3,44

Лисица 3,65 6,12 9,21 8,69 8,26

Так, максимальный коэффициент вариации для глубины блока коленной чашки установлен у кавказской овчарки (0% = 10,2), лисицы (С\% = 9,21) и той-терьера (Су% = 11,21), в то время как наивысшего значения для ширины блока он достигает у среднеазиатской овчарки (Су% = 17,11), йоркширского терьера (0% = 12,42) и волка (0% = 4,99). Вместе с тем, наименьший коэффициент вариации обнаружен для длины блока коленной чашки у волка (Су% = 1,4), среднеазиатской овчарки (Сл'% = 1,33), кавказской овчарки (Су% = 1,83), йоркширского терьера (С\% = 2,55), лисицы (0% = 3,65) и той-терьера (Су% = 3,75). Анализ корреляционных взаимоотношений и порядок взаимодействия между изучаемыми анатомическими показателями выявил, что в структурном оформлении костного остова сустава активирующим фактором направленности морфогенетических перестроек у собак крупных пород, волка и лисицы является ширина блока для коленной чашки на бедренной кости. Следует подчеркнуть, что у йоркширского и той-терьеров активирует морфогенез костных структур длина коленной чашки и завершает его ширина блока для коленной чашки на бедренной кости. Таким образом, сравнительная морфометрическая оценка костных компонентов бедро-чашечного сустава у собак крупных пород, волка и лисицы свидетельствует, что индуцирующим фактором направленности структурных преобразований в изучаемом

сочленении является ширина блока коленной чашки на дистальном эпифизе бедренной кости, а наиболее консервативным показателем, слабо реагирующим на воздействие как экзо-, так и эндогенных факторов оказалась длина чашки, в то время как у йоркширского и той-терьеров выявлена противоположная закономерность.

При изучении области дистального закрепления сухожилия четырехглавого мускула бедра было выявлено наличие общего сухожильного пласта его головок, со всех сторон охватывающего коленную чашку. Латерально и медиально от нее в местах наибольшей компрессии, установленных при моделировании флексорно-экстензорных движений в суставе, у среднеазиатской овчарки, кавказской овчарки, лисицы и волка, нами обнаружены плотные внутрисуставные включения, отмеченные в доступной литературе у лошади [Абелъянц Г. С., 1955]. При тонком анатомическом макро- и микропрепарировании выявлено, что они приближаются по своей структуре к хрящевым образованиям (рис. 1).

Рис. 1. Макроморфология коленного сустава у девятимесячной среднеазиатской овчарки. Макропрепарат.

Обнаруженные околочашечные образования построены из фиброзной хрящевой ткани. Моделирование флексорно-экстензорных движений в коленном суставе показало, что эти образования располагаются в участках максимального растяжения и компрессии, соответственно, и перемещаются совместно с латеральными и медиальными зонами сухожилия по наружным «склонам» гребней суставного блока дистального эпифиза бедренной кости. Парапателлярные хрящи в 100% случаев отсутствовали у изученных нами собак мелких пород. Как показало гистологическое исследование, парапателлярные хрящи образованы фиброзной хрящевой тканью. Сравнительный анализ морфологии парапателлярных хрящей позволил

установить как общие закономерности, так и породоспецифические признаки их строения, обусловленные влиянием биомеханики двигательного поведения животных. У всех исследуемых собачьих околочашечные хрящи сформированы фиброзной хрящевой тканью с преобладанием волокнистых структур над клеточным компонентом. Наличие связующих соединительнотканных коммуникаций между пучками коллагеновых волокон хряща и окружающей тканью (перитеноном) сухожилия может отражать наличие между ними функциональной взаимосвязи. По соотношению волокнистого компонента и аморфного матрикса, толщине, ориентации пучков коллагеновых волокон и представительства хондроцитов парапателлярный хрящ условно дифференцирован нами на три структурные зоны: поверхностную, среднюю и глубокую. Особенности фиброархитектоники коллагеновых пучков в каждой из них соответствуют, по нашим данным, характеру испытываемой биомеханической нагрузки (рис. 2-4).

Рис. 2. Микроморфология поверхностной зоны парапателлярного хряща у одиннадцатимесячного волка. Пикрофуксин-фукселин, об. 10, ок. 20.

Рис. 3. Микроморфология средней зоны парапателлярного хряща у двухлетней кавказской овчарки. Пикрофуксин-фукселин, об. 10, ок. 20.

Рис. 4. Микроморфология глубокой зоны парапателлярного хряща у трехлетней среднеазиатской овчарки. Гематоксилин и эозин, об. 10, ок.20.

Тангенциальная упорядоченная ориентация коллагеновых пучков в поверхностной зоне свидетельствует о доминировании здесь компрессионных нагрузок. Плотно упакованные толстые пучки коллагеновых волокон средней зоны, которые перекрещиваются в различных направлениях, являются структурным выражением выполнения ею амортизирующих свойств. Воздействие преимущественно растягивающих нагрузок на глубокую зону хряща подтверждается регулярным чередованием в ней параллельно направленных пучков коллагеновых волокон с тонкими прослойками «аморфного» матрикса. Следует подчеркнуть, что подобного рода структурные приспособления отсутствовали у всех исследованных нами собак мелких пород (той-терьер, йоркширский терьер), предрасположенных, как известно, к медиальному вывиху коленной чашки. Следовательно, недоразвитие гребней блока для коленной чашки на бедренной кости не является ведущей причиной ее вывиха у собак мелких пород.

Проведенные нами исследования позволили выявить структурные и биомеханические предпосылки возникновения и развития данной патологии. Они выражаются в особенностях макроархитектуры коленной чашки и линейных параметрах костного остова бедро-чашечного сустава, структурном оформлении сухожильного пласта, охватывающего коленную чашку, недоразвитии или полном отсутствии внутрисуставных хрящевых образований, нивелирующих перегрузки четырехглавой мышцы бедра и стабилизирующих позицию коленной чашки.

Макроморфологические, биомеханические и рентгенографические особенности вспомогательных структур коленного сустава.

К вспомогательным структурам коленного сустава принадлежат, как известно, сесамовидные кости и синовиальные сумки. При изучении этих структурных образований в постнатальном онтогенезе нами было установлено, что везалиевы кости у собак, расположенные в сухожилиях икроножных мышц,

присутствуют уже в период новорожденности, что противоречит данным исследователей, высказывающих мнение об их отсутствии в данном возрастном периоде у человека и собаки [Аниськова Е.П., 1990; Вагапова В.Ш., Рыбалко Д.Ю., Самоходова О.В., Вилиуллин Д.Р., Гумеров P.A., Михтафудинов P.P., 2008; Торба А.И., 2003]. В нашем исследовании установлено, что рост везалиевых костей подчинен закономерностям направленности онтогенеза и происходит пропорционально возрасту животных. В гериатрический период везалиевы кости у 70% животных неподвижно срастаются с мыщелками бедренной кости, то есть анкилозируют. Это отражает проявление инволютивных процессов, протекающих в костной системе у животных старших возрастных групп, и в конечном счете, может провоцировать нарушение биомеханической оси конечности. По данным ряда авторов в месте контакта сухожилия подколенной мышцы и латерального мыщелка бедренной кости у собак всех пород, за исключением декоративных, имеется сесамовидная кость подколенной мышцы (os sesamoideum m. poplitei) [Анисъкова Е.П., 1990; Торба А.И., 2003]. В нашем исследовании сесамовидная кость подколенной мышцы была выявлена у всех исследуемых нами собак независимо от их породной принадлежности. На основании проведенных морфо-биомеханических исследований, моделирования флекеорно-экстензорных движений в коленном суставе и артрорентгенографии нами установлено, что сесамовидная кость подколенной мышцы выполняет роль своеобразного клапана, регулирующего направление тока внутрисуставной жидкости из надпателлярной бурсы в полость сустава и в подколенную бурсу при флексии сустава, и в обратном направлении - при экстензии.

Для исследования бурс коленного сустава у собачьих, в фазе его экстензии, пальпируя место фиксации сухожилий четырехглавой мышцы бедра и смещая его на 2 мм в медиальном направлении, инъецировали 10 мл рентгеноконтрастного вещества (урографин с красителем) латеральнее прямой связки коленной чашки, непосредственно в полость надпателлярной бурсы (bursa suprapatellaris). При сохранении позиционирования костных звеньев выполняли обзорную рентгенографию, которую трехкратно дублировали при сгибании и разгибанин сустава. В результате дешифровки полученной рентгенографической информации выявлено, что циркуляция синовии осуществляется строго закономерно. На начальном этапе флексорного движения обнаружено постепенное перемещение жидкости из полости надпателлярной бурсы в бедро-чашечный сустав в направлении подколенной мышцы, через проксимальный отдел бедро-берцового сустава, вокруг менисков и непосредственно под ними. При полной флексии сустава основное количество жидкости транспортировалось в бурсу подколенной мышцы.

При экстензии она распространялась под менисками в полость бедро-чашечного сустава, при этом максимальное количество жидкости было сконцентрировано в надпателлярной бурсе и меньшее находилось в сухожильном влагалище длинной малоберцовой мышцы и в проксимальном отделе бедро-берцового сочленения при полном разгибании коленного сустава (рис. 5, 6).

Рис.

Рис.

Таким образом, результаты наших исследований показали, что надпателлярная бурса, бурсы подколенной и длинной малоберцовой мышц постоянно сообщаются с полостью сустава, а подкожная и подфасциальная предколенная не имеют подобного рода анатомических взаимосвязей. Установленный механизм циркуляции синовиальной жидкости в суставе и нараартикулярных структурных образованиях может явиться базой для расшифровки патогенеза гонартроза и разработки способов интраартикулярного введения лекарственных препаратов.

Репаративный остео- и хондрогенез в условиях моделирования гонартроза.

Одним из главных структур, определяющих биомеханический статус сочленения, является суставной хрящ. Как известно, он наиболее обременен в процессе физиологического нагружения сустава, вследствие чего в первую очередь подвергается деструктивным изменениям, которые лежат в основе

5. Обзорная рентгенограмма коленного сустава в начальной флексии. Распространение рентгеноконтрастного вещества.

фазе

6. Обзорная рентгенограмма коленного сустава. Перемещение рентгеноконтрастного вещества в начале фазы экстензии.

развития артроза. Вместе с тем до настоящего времени не полностью выяснены интимные механизмы возникновения и развития этой распространенной артропатии. В этой связи нами предпринято экспериментальное моделирование остеоартроза с целью установления его патоморфоза и научного обоснования методов лечебной коррекции данной патологии посредством введения в полость сустава препарата «Нолтрекс», являющегося полимером для эндопротезирования синовиальной жидкости.

На основании проведенных клинико-морфологических исследований было установлено, что смоделированный клиновидный дефект хрящевого покрытия затрагивает как суставной хрящ, так и субхондральную костную пластину и может быть квалифицирован как остеоартроз. Это подтверждается тугоподвижностью сустава, увеличением его в объеме и неравномерностью суставной щели при обзорной артрорентгенографии. Суставной хрящ при этом неравномерен по толщине, локально сильно истончен, характеризуется наличием микродефектов в виде продольных и поперечных трещин различной протяженности, щелей и фибрилляций матрикса.

В целом, в суставном хряще выявлено изменение позиционно-специфического распределения клеток в области микродефектов, приводящее к нарушению цитоархитектоники (рис. 7).

Рис. 7. Структурные изменения суставного хряща при индуцированном остеоартрозе. Гематоксилин и эозин. Об. 10. Ок. 10.

Через две недели наблюдений у представителей контрольной группы в суставном хряще обнаружена декомпозиция структурных зон, инвазия сосудов в зону некальцифицированного хряща, локальное нарушение целостности tide mark. Репаративных реакций со стороны интраартикулярных и периартикулярных тканей нам обнаружить не удалось. Через месяц в хрящевом покрытии прогрессировало нарушение зональной дифференцировки. Оно подтвердилось уменьшением количественного представительства хондроцитов при одновременной их очаговой пролиферации и прорывом фронта минерализации хрящевой ткани, а также сглаживанием оссеохондрального соединения, что может свидетельствовать о нарушении её трофического обеспечения за счет сосудистых клубочковидных терминалей костного мозга субхондральной кости (рис. 8). Таким образом, в основе развития остеоартроза, по нашим данным, лежит нарушение взаимодействия между глубокой зоной

хряща и субхондральной костной пластиной, что нарушает ее трофику и приводит к деструктивным преобразованиям хрящевого покрытия в целом.

Рис. 8. Структурные изменения суставного хряща при индуцированном остеоартрозе на 30 день (контроль). Разволокнение хряща, тангенциальные поперечные трещины. Гематоксилин и эозин. Об. 10., Ок. 10.

У животных подопытной группы было оценено влияние препарата «Нолтрекс» на структурно-функциональное состояние хряща в динамике регенеративного процесса. Через две недели после введения препарата обращают на себя внимание структурные регенеративные преобразования суставного хряща, приводящие к локальному восстановлению суставной поверхности. При этом регенерат был представлен дифференцированными хондроцитами без позиционной специфичности, в субхондральной кости выявлены очаги остеогенеза, восполняющие ее репаративные свойства.

Через месяц наблюдений манифестирование репаративного хондрогенеза выражалось в восстановлении специфичности распределения клеток и матрикса хрящевой ткани, что сопровождалось выравниванием контуров суставной поверхности и формированием целостного хрящевого покрытия (рис. 9).

Рис. 9. Структурные изменения суставного хряща при введении препарата Нолтрекс на 30 день наблюдений (опыт). Гематоксилин и эозин. Об. 10., ок.10.

¡Т * * >ЙГ

Важно отметить наличие выраженного оссеохондрального соединения, которое может отражать восстановление трофических потенций субхондральной кости. Таким образом, использование препарата «Нолтрекс» привело к восстановлению структурной организации суставного хряща после развития индуцированного механическим путем остеоартроза и восстановлению нарушенных взаимоотношений между хрящом и синовиальной средой сустава.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных исследований установлены как общие закономерности, так и породные особенности морфологической организации коленного сустава, как единой биомеханической системы у представителей семейства собачьих. Так, показано, что коленная чашка уже хорошо сформирована у новорожденных щенков. Вместе с тем ее размеры определяются породной принадлежностью. У волка, избранного нами в качестве природной нормы строения в возрасте 2 месяцев, а также в половозрелый период, patella по длине и ширине незначительно превосходит крупногабаритных собак. У собак мелких пород, таких как йоркширский терьер и той-терьер коленная чашка по своим морфометрическим параметрам достоверно (р < 0,05) уступает данным показателям, обнаруженным у представителей крупных пород в аналогичный период онтогенеза. Выявлено, что в структурном оформлении костного остова сустава активирующим фактором направленности морфогенетических перестроек у собак крупных пород, волка и лисицы является ширина блока для коленной чашки на бедренной кости, а у йоркширского и той-терьеров активирующим фактором является длина коленной чашки и завершает морфогенез костных структур сустава ширина блока для коленной чашки на бедренной кости. В результате проведенных нами исследований установлено, что увеличение показателей ширины коленной чашки у собак крупных пород, волка и лисицы приводит к возрастанию у них площади прикрепления сухожильного пласта четырехглавой мышцы бедра. Уменьшение этого параметра у собак мелких пород сопряжено со снижением площади прикрепления ее головок, что может свидетельствовать о большей функциональной обремененности мощного экстензора коленного сустава у собак доместицированных пород по сравнению с волком. При изучении области дистального закрепления сухожилий четырехглавого мускула бедра было выявлено наличие общего сухожильного пласта всех его головок, со всех сторон охватывающего коленную чашку. Латерально и медиально от нее в местах наибольшей компрессии, установленных при моделировании флексорно-экстензорных движений в суставе, у среднеазиатской, кавказской овчарок, лисицы и волка, нами обнаружены плотные внутрисуставные включения, построенные из фиброзной хрящевой ткани. По соотношению волокнистого компонента и аморфного матрикса, толщине, ориентации коллагеновых пучков и представительства хондроцитов парапателлярный хрящ условно дифференцирован нами на три структурные зоны: поверхностную, среднюю и глубокую. Особенности фиброархитектоники

коллагеновых пучков в каждой из них соответствуют, по нашим данным, характеру испытываемой биомеханической нагрузки.

По данным ряда авторов в месте контакта сухожилия подколенной мышцы и латерального мыщелка у собак всех пород за исключением декоративных, имеется сесамовидная кость подколенной мышцы. В нашем исследовании она была выявлена у всех исследуемых нами собак независимо от их породной принадлежности. На основании проведенных морфо-биомеханческих исследований и моделирования флексорно-экстензорных движений в коленном суставе, и артрорентгенографии нами установлено, что сесамовидная кость подколенной мышцы выполняет роль своеобразного клапана, регулирующего направление тока внутрисуставной жидкости из надпателлярной бурсы в полость сустава и в подколенную бурсу при флексии сустава и в обратном направлении при экстензии.

На основании полученных данных разработан малоинвазивный способ введения лекарственных веществ в полость коленного сустава через надпателлярную бурсу, новизна которого защищена патентом РФ на изобретение № 2489118 от 10.08.2013 г.

В условиях экспериментального моделирования разработана репрезентативная методика индуцирования гонартроза, путем создания клиновидного дефекта, затрагивающего суставной хрящ и подлежащую субхондральную кость. Установлено что, в основе развития остеоартроза лежит нарушение взаимодействия между глубокой зоной хряща и субхондральной костной пластиной, что нарушает ее трофику и приводит к деструктивным преобразованиям хрящевого покрытия в целом.

У животных подопытной группы было оценено влияние препарата «Нолтрекс» на структурно-функциональное состояние хряща в динамике регенеративного процесса, при этом показано, что препарат «Нолтрекс», инъецируемый в полость коленного сустава через надпателлярную бурсу, которая сообщается с его полостью, оптимизирует репаративный хондро- и остеогенез в поврежденных тканях коленного сустава.

Проведенные нами исследования позволили выявить структурные и биомеханические предпосылки возникновения и развития повреждений коленного сустава. Они выражаются в особенностях макроархитектуры коленной чашки и линейных параметрах костного остова бедро-чашечного сустава, структурном оформлении сухожильного пласта, охватывающего коленную чашку, недоразвитии или в полном отсутствии внутрисуставных хрящевых образований, нивелирующих перегрузки четырехглавой мышцы бедра и стабилизирующих позицию коленной чашки. Для выявления мофологических и функциональных предпосылок повреждений коленного сустава был индуцирован гонартроз, течение которого, было подтверждено совокупностью клинико-морфологических изменений тканей сустава. Полученные данные явились базовыми для разработки интраартикулярного способа введения лекарственных веществ и оптимизации процесса репаративного остео- и хондрогенеза посредством использования препарата «Нолтрекс».

выводы

1. Установлены общие закономерности, видовые и породоспецифические особенности анатомической организации коленного сустава у представителей семейства собачьих (собака, волк, лисица). Показано, что критерием биомеханического совершенства сустава является структурное и функциональное взаимодействие его анатомических составляющих: костного остова, мышечно-сухожильного аппарата, интра- и параартикулярных структурных образований.

2. На основании анализа корреляционных взаимоотношений и порядка взаимодействия между изучаемыми анатомическими показателями выявлено, что в структурном оформлении костного остова сустава активирующим фактором направленности морфогенетических перестроек у крупных пород собак, среднеазиатской овчарки, кавказской овчарки, а также волка и лисицы является ширина блока для коленной чашки на бедренной кости, а наиболее консервативным показателем, слабо реагирующим на воздействие как экзо-, так и эндогенных факторов оказалась длина коленной чашки, в то время как у йоркширского и той-терьеров выявлена противоположная закономерность.

3. При изучении области дистального закрепления четырехглавого мускула бедра выявлено наличие общего сухожильного пласта всех его головок, со всех сторон охватывающего коленную чашку. Латерально и медиально от нее в местах наибольшей компрессии, установленных при моделировании флексорно-экстензорных движений в суставе, у крупных пород собак, волка и лисицы обнаружены внутрисуставные парапателлярные хрящи , стабилизирующие позицию коленной чашки. Данные хрящевые образования отсутствовали у всех исследованных нами мелких пород, склонных к ее медиальному вывиху.

4. Установлено, что парапателлярный хрящ дифференцирован на три структурные зоны: поверхностную, среднюю и глубокую. Особенности фиброархитектоники коллагеновых пучков в каждой из них соответствуют характеру испытываемой биомеханической нагрузки. Тангенциальная упорядоченная ориентация коллагеновых пучков в поверхностной зоне свидетельствует о доминировании здесь компрессионных нагрузок. Плотно упакованные толстые пучки коллагеновых волокон средней зоны, перекрещивающиеся в различных направлениях, являются структурным выражением выполнения ею амортизирующих свойств. Воздействие преимущественно растягивающих нагрузок на глубокую зону хряща подтверждается регулярным чередованием в ней параллельно направленных пучков коллагеновых волокон с тонкими прослойками аморфного матрикса.

5. Сравнительный анализ макро- и микроморфологических характеристик коленного сустава у собак заводского разведения, по сравнению с волком, как эталоном строения данного сочленения, выявил достоверное (р < 0,05) уменьшение индексов роста и развития его структур: ширины и глубины блока для коленной чашки на бедренной кости, ширины и длины коленной чашки, площади общего сухожильного пласта четырехглавого мускула бедра,

уменьшение толщины суставного хряща, а также отсутствие парапателлярных хрящей или изменение в них позиционно-специфического распределения волокнистых конструкций и хондроцитов.

6. На основании биомеханического моделирования стато-локомоторного акта выявлен механизм циркуляции синовиальной жидкости в коленном суставе у собак. При этом показано, что ее интраартикулярное перемещение происходит строго закономерно и подчинено флексорно-экстензорным фазам кинематики в суставе.

7. Установлено, что сесамовидная кость подколенной мышцы является неотъемлемой структурой art. genus у собак независимо от их породной принадлежности. Она выполняет роль своеобразного клапана, регулирующего направление тока внутрисуставной жидкости из надпателлярной бурсы в полость сустава и в подколенную бурсу при флексии сустава и в обратном направлении при экстензии.

8. Внесены уточнения в топические особенности синовиальных парапателлярных бурс. Установлено, что надпателлярная бурса, бурса подколенной и длинной малоберцовой мышц постоянно сообщаются с полостью сустава, в то время как подкожная и подфасциальная предколенная не имеют подобного рода анатомических взаимосвязей.

9. В условиях экспериментального моделирования разработана репрезентативная методика индуцирования гонартроза, путем создания клиновидного дефекта, затрагивающего суставной хрящ и подлежащую субхондральную кость. Течение артрозного процесса подтверждается выявленной динамикой клинико-морфологических показателей: тугоподвижностью и увеличением сустава в объеме, неравномерностью по толщине суставного хряща, его локальным истончением, наличием микродефектов в виде продольных и поперечных трещин различной протяженности, щелей и фибрилляций матрикса, уменьшением толщины субхондральной костной пластины, инвазией сосудов в глубокую и среднюю зоны хряща и деструкцией оссеохондрального соединения.

10. Установлено, что тестируемый препарат «Нолтрекс», инъецируемый в полость коленного сустава через надпателлярную бурсу, которая сообщается с его полостью, оптимизирует репаративный хондро- и остеогенез в поврежденных тканях коленного сустава. Это подтверждается формированием целостного суставного покрытия с органоспецифической зональной дифференцировкой, а также наличием оссеохондрального соединения, свидетельствующего о восстановлении взаимосвязей между кальцифицированной зоной суставного хряща и субхондральной костью.

11. Зонами наименьшей в биомеханическом отношении устойчивости коленного сустава являются: область прикрепления общего сухожильного пласта четырехглавого мускула бедра, определяемого показателями ширины коленной чашки, а также парапателлярные области с околочашечными фиброзными хрящами, которые стабилизируют позицию коленной чашки и компенсируют функциональную отягощенность четырехглавого мускула бедра. Уменьшение ширины коленной чашки сопровождается снижением площади

дистального закрепления головок m. quadriceps femoris, а отсутствие парапателлярных хрящевых образований усиливает компрессионные и растягивающие нагрузки на анатомические составляющие сустава, что инициирует развитие его патологий.

Рекомендации по использованию научных выводов.

1. Представленные данные о высокой адаптивной пластичности структур коленного сустава у представителей семейства Canidae (собака, волк, лисица) могут быть использованы в учебном процессе на кафедрах анатомии, гистологии и ветеринарной хирургии, а также при написании соответствующих разделов учебников, учебных пособий и монографий.

2. Разработанный малоинвазивный метод интраартикулярного введения лекарственных веществ в полость коленного сустава через надпателлярную, бурсу, которая сообщается с полостью сустава, может бьггь использован при диагностике и лечении гонартроза в клинической практике.

3. Полученные данные о структурно-функциональном состоянии коленного сустава у представителей семейства псовых могут служить базой для прогнозирования вывиха коленной чашки, при разработке методов диагностики и хирургической коррекции данной патологии.

Сведения о практическом использовании результатов.

Результаты исследования используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторно-практических занятий на кафедрах анатомии и хирургии Воронежского государственного аграрного университета им. Петра I, анатомии и гистологии животных им. профессора А.Ф. Климова Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина, анатомии и ветеринарной хирургии Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана, а также в центре травматологии животных СББЖ САО Объединения ветеринарии г. Москвы и в учебном отделе ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. академика Г.А. Илизарова».

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Широкова, Е.О. Морфофункциональная характеристика внутрисуставных образований коленного сустава у плотоядных / Н.А. Слесаренко, Е.О. Широкова // Всероссийская научная морфологическая конференция — Орел: Орловский ГАУ. — 2009. — С. 156-160.

2. Широкова, Е.О. Морфофункциональная характеристика фиксирующего аппарата коленного сустава у собак в постнатальном онтогенезе / Н.А. Слесаренко, Е.О. Широкова // Материалы докладов X конгресса Международной Ассоциации морфологов. — Морфология. — 2010. - Т. 137. — № 4.-С. 174-175.

3. Широкова, Е.О. Оптимизация репаративного хондрогенеза при индуцированном гонартрозе у животных / Н.А. Слесаренко, Е.О. Широкова // Ветеринарная медицина. — 2011. - №4. — С. 8-11.

4. Широкова, Е.О. Экспериментальное воспроизведение и лечебная коррекция остеоартроза / H.A. Слесаренко, Е.О.Широкова // Морфология. — 2012.1.-С. 174.

5. Широкова, Е.О. Репаративный остео- и хондрогенез в условиях индуцированного остеоартроза у лабораторных животных. / H.A. Слесаренко, Е.О. Широкова // Российский ветеринарный журнал. Мелкие и домашние животные. - 2012. - № 1. - С.6-9.

6. Широкова, Е.О. Морфофункциональное обоснование перемещения синовии в коленном суставе у собак / H.A. Слесаренко, Е.О. Широкова // Ветеринария и кормление. — 2013. — № 2. С. 36-37.

7. Широкова, Е.О. Морфофункциональное обоснование перемещения синовиальной жидкости в коленном суставе у представителей семейства псовых/ H.A. Слесаренко, Е.О. Широкова // Сборник трудов третей всероссийской межвузовской конференции по ветеринарной хирургии. - 2013. -С. 19-21.

8. Широкова, Е.О. Морфофункциональные особенности параартикулярных структур коленного сустава у собак. / H.A. Слесаренко, Е.О. Широкова // Материалы докладов ХП конгресса МАМ и VII съезда ВНОАГЭ. - Морфология - 2014. - Т. 145. - №3. - С. 179.

9. Широкова, Е.О. Морфометрические параметры коленного сустава у представителей семейства псовых. / H.A. Слесаренко, Е.О. Широкова // Сборник научных трудов, посвященный 95-летию Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина. - Актуальные проблемы ветеринарной медицины и биотехнологии. - 2014. - С.183-185.

10. Широкова, Е.О. Сравнительная структурная организация парапателлярной хрящевой ткани у представителей семейства псовых / H.A. Слесаренко, Е.О. Широкова // Российский ветеринарный журнал. Мелкие и домашние животные. - 2014. - №1. - С. 6-9.

11. Пат. 2489118 Российская Федерация. МПК А 61 D 7/00. Способ введения лекарственных средств в полость коленного сустава у собак / Слесаренко H.A., Широкова Е.О., Власенко А.Н.; Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО МГАВМиБ. - № 20111533/14; заявл. 27.12.2011; опубл. 10.08.2013, Бюл. № 22. -1 с.

Подписано в печать 17.02.2015 г. Бумага офсетная. Печать цифровая. Формат А4/2. Усл. печ. л.1. Заказ № 229. Тираж 100 экз. Типография «КОПИЦЕНТР» 119234, г. Москва, Ломоносовский пр-т, д.20 Тел. 8 (495)213-88-17 www. autoreferat 1 .ru