Методы экспериментального моделирования остеоартрозов у мелких экспериментальных животных

В ходе исследований, посвященных суставам, часто возникает необходимость в создании экспериментальной модели остеоартроза. Для этого обычно используются животные, на которых моделируется эта болезнь. Цель таких экспериментов — воспроизведение искусственного заболевания, чтобы затем изучить влияние различных терапевтических подходов и средств на его течение.

Современная наука предлагает множество методов, позволяющих вызвать дегенеративные изменения в суставном хряще и других структурах сустава. К таким способам относятся:

1. Введение химических веществ в сустав.
2. Воздействие физических факторов.
3. Механические и травматические повреждения, нарушающие стабильность сустава. Это может включать создание условий для дисконгруэнтности, дисплазии и разбалансировки подсистем сустава.
4. Введение в сустав химических веществ:

• Стероидных препаратов [R.G. Gray, N.L. Gottlib, 1983]:
• Гидрокортизона ацетат в дозе 500 мг/кг массы тела животного, ежедневно в течение 7 дней. Животные — крысы.
• Дексаметазон в дозировке 10 мг/кг веса в течение 3 недель, по 1 инъекции в неделю. Животные — крысы [Annefeld M., Raiss R., 1984].
• Папаина (0,1 мл 1% раствора папаина в сустав) [Moriizumi T., Ymashita N., Okada J., Inone S., Glim M., 1986]. Животные — морские свинки.
• Витамина А [Boni M. et al., 1977]. Животные — кролики.

2. Воздействие на суставной хрящ паражидкостной струи азота.

Этот метод был разработан в СССР и описан в авторском свидетельстве № 951368. Он основан на моделировании повреждения тазобедренного сустава у животных. Для этого рассекают суставную капсулу, вскрывают сустав и обнажают переднюю поверхность головки бедренной кости. На эту область головки направляют паражидкостную струю азота из аппарата «Х-34» под давлением 0,4 атмосферы с расстояния 2 см. Воздействие длится 8 секунд.

После этого в суставе сразу же наблюдаются ярко выраженные дистрофические изменения, которые продолжают развиваться в течение 30 дней. Эти изменения происходят однотипно, что значительно упрощает стандартизацию оценки препаратов.

3. Механические и травматические повреждения.

К механическим и травматическим повреждениям относятся:

• Компрессия сустава.
• Иммобилизация коленного сустава (Панков Е.Я. и соавт., 1988).
• Стандартная травма (дырчатый дефект, проникающий из массива в субхондральную кость) (Зупанец И.А. и соавт., 1989).
• Удаление части мениска (Moskowitz R.W. et al., 1973).. — Скарификация участка суставного хряща по заранее подготовленному шаблону.

Существуют модели, которые могут быть воспроизведены только на коленном суставе:

• Рассечение передней крестовидной связки (модель Pond-Nuki) [Pond M.J., Nuki G., 1973]. Эта модель применяется на собаках. После латерального доступа к коленному суставу и рассечения его капсулы коленную чашку смещают медиально. Затем, чтобы лучше визуализировать переднюю крестовидную связку, конечность сгибают, и после обнаружения связки её пересекают скальпелем или ножницами. На капсулу сустава накладывают несколько узловатых швов из синтетического материала.
• Удаление части мениска, рассечение передней крестовидной связки [Schwartz E.R., 1987]. Эта операция может быть проведена на морских свинках, кроликах и собаках. Техника её выполнения аналогична предыдущей, за исключением того, что кроме рассечения связки проводят частичную эктомию латерального мениска. Это позволяет создать большую дисконгруэнтность и подвижность суставных поверхностей. Исследование, проведённое на крысах, показало, что смещение надколенника к наружному краю бедренной кости с последующей репозицией, осуществлённой через 21 день, имеет благоприятные последствия. Результаты были опубликованы в 1988 году Панковым Е. Я. и другими авторами.

Наши исследования показали, что выбор метода моделирования остеоартроза зависит от цели исследования. Если цель — получить в эксперименте остеоартроз травматического происхождения, то предпочтительно использовать метод моделирования, основанный на травме, например, методику Pond-Nuki.

Если же необходимо смоделировать дегенеративные изменения в суставе эндогенного происхождения, то можно рекомендовать метод с внутрисуставным введением кортикостероидов, которые нарушают метаболизм в хрящевой ткани и синовиальной оболочке.

Однако стоит отметить, что ни один из этих методов не является идеальным, так как ни один искусственный способ не может воспроизвести всё разнообразие и уникальность спонтанных случаев возникновения остеоартрозов.

Каждый из предложенных методов имеет свои достоинства и недостатки. Например, метод моделирования остеоартрозов путем рассечения передней крестовидной связки позволяет достичь стабильных изменений в суставном хряще и субхондральной кости, но эти изменения становятся заметными лишь через 30-40 дней после операции, что делает опыт довольно длительным.

Кроме того, операционная травма, получаемая в ходе вмешательства, негативно влияет на функциональность конечности после операции, что затрудняет объективное изучение клинической картины у экспериментальных животных.

Также спорным является мнение авторов этого метода о том, что дистрофические изменения в суставном хряще возникают из-за нестабильности в суставе, что приводит к чрезмерному и неправильному механическому трению суставных поверхностей. Хотя после рассечения связки животные не опираются на оперированную конечность в течение минимум 20-30 дней, дистрофические процессы уже наблюдаются к этому времени. Этот факт свидетельствует о том, что остеоартроз в данном случае возник не из-за нестабильности сустава, а по другим причинам. Например, из-за длительного течения десмоидита или посттравматического артрита, который возник после операции.

Иногда изменения в суставном хряще происходят на поверхностях, которые не подвергаются механической нагрузке.

Способ лечения, при котором в полость сустава вводят стероидные препараты, такие как гидрокортизон или дексаметазон, имеет свои преимущества и недостатки. Преимущество этого метода заключается в его неинвазивности, что позволяет избежать недостатков предыдущей методики. Однако у этого способа есть существенный недостаток — сильное системное действие препаратов на весь организм. Это может привести не только к местным патологическим изменениям, но и к нарушению обменных процессов, таких как остео- и хондрогенез, а также гормональной системы. Чтобы результаты моделирования остеоартроза у животных были максимально объективными, необходимо следить за тем, чтобы все животные были примерно одного возраста, находились в одинаковом физиологическом состоянии и не имели других заболеваний, которые могли бы повлиять на течение дегенеративных изменений в суставе.

Согласно нашим исследованиям, возраст животного, особенно собаки, имеет большое значение для развития патологии. У молодых животных, например, у собак в возрасте до года, остеоартроз может не развиться вообще, или созданные травмы могут быстро регенерироваться. Это делает невозможным использование таких животных в эксперименте.

Заключение

При выборе способа моделирования необходимо учитывать, какой тип остеоартроза нужно получить: посттравматический или остеоартроз, имеющий эндогенное — метаболическое нарушение. Кроме этого, большое значение имеет возраст и физиологическое состояние животного, которое влияет на глубину и качество воспроизводимости остеоартроза.

Список использованной литературы:

1. Дедух Н. В., Малышкина С. В., Панков Е. Я. Метод морфологической оценки сустава при деструктивно-дистрофических поражениях. Информационное письмо. Киев, 1988. 2 с.
2. Запанец И. А., Дроговоз С. М., Бездетко Н. В., Дедух Н. В. Экспериментальное моделирование посттравматического остеоартроза тазобедренного сустава у крыс. Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции. Москва, 1989. Часть 2. С. 132.
3. Бабийчук Г. А., Жигун А. И., Панков Е. Я., Дедух Н. В., Малышкина С. В. Способ моделирования деструктивно-дистрофического процесса в суставе. Патент СССР № 957368, МКИ3 G 09B 23/28. Заявлено 24 сентября 1980 года, заявка № 3003850/28-13. Опубликовано 15 августа 1982 года. Открытия и изобретения. 1982. IV 1. С. 209.
4. Панков Е. Я., Фелдыш И., Дедух Н. В. и др. Сравнительное морфологическое изучение различных моделей деформирующего артроза. Ортопедия, травматология и протезирование. 1988. № 6. С. 1–70.
5. Altman, R. D. Design and conduct of clinical trials in osteoarthritis // Scand. J. Rheumatol. — 1990. — (Suppl. 81). — P. 24–27.
6. Annefeld, M., Raiss, R. Changes in the ultrastructure of chondrocytes under the influence of a GAG-peptide complex // Aktuelle Rheumatologie. — 1984. — S. 2, Bd. 9. — S. 99–105.
7. Boni, M., Lenzi, L., Berlanda, P. et al. Experimental arthrosis from intraarticular vitamin A injection in the rabbit. Morphological study; considerations on the pathogenesis of human arthrosis in relation to the experimental model // Italian of orthopaedics and traumatology. — 1977. — Vol. 111, N 1. — P. 5–26.
8. Gray, R. G., Gottlieb, N. L. Intra-articular corticosteroids. An updated assessment // Clin. Orthop. and Rel. Res. — 1983. — N 177. — P. 235–263.
9. Monizumi, T., Vainashita, N., Okada, Y. Papain-induced changes in the guinea pig knee joint with special reference to cartilage healing // Virchows Arch. [Cell Pathol.] — 1986. — Vol. 51. — P. 61–574. Moskowitz P. W., Davis I. V., Sammarco J. et al. Experimentally-induced degenerative joint lesions following partial meniscotomy in the rabbit. Arthritis Rheum, 1973, No.16, pp. 397–405.
10. Pond M. J., Nuki G. Experimentally-induced osteoarthritis in the dog. Ann. Rheum., 1973, Vol. 32, pp.387–388.
11. Schwarrz R. Animal models: a means to study the pathogenesis of osteoarthritis. J. Rheum., 1987, Vol. 14, pp. 101–103.