Журнал «Травма» Том 18, №3, 2017

Експериментальна модель ушкодження ахіллова сухожилля в лабораторних щурів

Авторы: Касатка О.В., Іванов Г.В., Істомін А.Г., Петренко Д.Є.
Навчально-науковий медичний комплекс «Університетська клініка» ХНМУ, м. Харків, Україна
Харківський національний медичний університет МОЗ України, м. Харків, Україна
ДУ «Інситут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка» НАМН України, м. Харків, Україна

Рубрики: Травматология и ортопедия

Разделы: Клинические исследования

Актуальність. Ушкодження ахіллова сухожилля спостерігається в осіб, які ведуть активний спосіб життя або професійно займаються спортом. Хронічне запалення та ушкодження ахіллова сухожилля призводять до стійкої та тривалої втрати працездатності хворого, а також до значних матеріальних затрат на лікування. Мета дослідження: розробити та верифікувати за допомогою магнітно-резонансної томографії експериментальну біологічну модель ушкодження ахіллова сухожилля в лабораторних щурів. Матеріали та методи. Експериментальне моделювання здійснювалося на 10 лабораторних щурах віком до 12 місяців, вагою до 300–350 г. Моделювання травми сухожилля (tendo calvaneus) білих лабораторних щурів виконували хірургічним шляхом за артротомічним типом в асептичних умовах під наркозом. З метою вивчення змін, що відбуваються в ушкодженому сухожиллі, через 7, 14, 21 та 28 діб після хірургічного втручання в щурів проводили магнітно-резонансно-томографічне дослідження ушкодженої зони ахіллова сухожилля. Результати. У результаті проведених хірургічних втручань у жодного щура не було виявлено ускладнень як під час хірургічного втручання, так й у післяопераційному періоді. Усі післяопераційні рани зажили первинним натягом. Відповідно до цього всі щури повністю пройшли протокол обстеження. Установлено, що запальний процес в ахілловому сухожиллі продовжується протягом 21 доби після хірургічного втручання, а відновлення дефекту сухожилкової тканини залежить від репаративного потенціалу конкретної особини. Висновки. Розроблено та верифіковано експериментальну біологічну модель тендопатії ахіллова сухожилля, що можна використовувати для досліджень ефективності застосування різних видів лікування.

Актуальность. Повреждение ахиллова сухожилия наблюдается у лиц, ведущих активный образ жизни или профессионально занимающихся спортом. Хроническое воспаление и повреждение ахиллова сухожилия приводят к устойчивой и длительной потере трудоспособности больного, а также к значительным материальным затратам на лечение. Цель исследования: разработать и верифицировать с помощью магнитно-резонансной томографии экспериментальную биологическую модель повреждения ахиллова сухожилия у лабораторных крыс. Материалы и методы. Экспериментальное моделирование проводилось на 10 лабораторных крысах в возрасте до 12 месяцев, весом до 300–350 г. Моделирование травмы сухожилия (tendo calvaneus) белых лабораторных крыс выполняли хирургическим путем по артротомическому типу в асептических условиях под наркозом. С целью изучения изменений, происходящих в поврежденном сухожилии, через 7, 14, 21, и 28 суток после хирургического вмешательства у крыс проводили магнитно-резонансно-томографическое исследование поврежденной зоны ахиллова сухожилия. Результаты. В результате проведенных хирургических вмешательств ни у одной из крыс не были обнаружены осложнения как во время хирургического вмешательства, так и в послеоперационном периоде. Все послеоперационные раны зажили первичным натяжением. В соответствии с этим все крысы полностью прошли протокол исследования. Установлено, что воспалительный процесс в ахилловом сухожилии продолжается в течение 21 суток после хирургического вмешательства, а восстановление дефекта сухожильной ткани зависит от репаративного потенциала конкретной особи. Выводы. Разработана и верифицирована экспериментальная биологическая модель тендопатии ахиллова сухожилия, которую можно использовать для исследования эффективности применения различных видов лечения.

Background. Achilles tendon injury occurs in persons leading an active lifestyle, or professionally engaged in sport. Chronic inflammation and damage to the Achilles tendon result in sustained and longtime disability, as well as to significant expenditures for treatment. The purpose of the study was to develop and verify an experimental biological model of damage to the Achilles tendon in laboratory rats using magnetic resonance imaging. Materials and methods. Experimental modeling was performed in 10 laboratory rats aged up to 12 months, weighing up to 300–350 g. Simulation of tendon calvaneus injury in white laboratory rats was performed surgically by arthrotomy, under aseptic conditions, under anesthesia. In order to study the changes taking place in the injured tendon, on the 7th, 14th, 21st, and 28th days after the surgical intervention, the rats underwent magnetic resonance imaging (MRI) of the zone of the damaged Achilles tendon. Results. As a result of the surgical interventions, one rat was found to have no complications, either during surgery or during the postoperative period. All postoperative wounds healed with primary tension. Accordanly, all rats passed the complete protocol of the study. It was established that the inflammatory process in the Achilles tendon lasts for 21 days postoperatively, and the restoration of the tendon tissue defect depends on the reparative potential of an individual. Conclusions. The experimental biological model of Achilles tendonpathy has been developed and verified, that can be used to study the effectiveness of various types of treatment.

Ключевые слова

тендопатія; ахіллове сухожилля; експериментальне моделювання; магнітно-резонансна томографія

тендопатия; ахиллово сухожилие; экспериментальное моделирование; магнитно-резонансная томография

tendopathy; Achilles tendon; experimental modeling; magnetic resonance imaging

doi: http://dx.doi.org/10.22141/1608-1706.3.18.2017.105366

Вступ

Ушкодження ахіллова сухожилля спостерігається в осіб, які ведуть активний спосіб життя або професійно займаються спортом. Дане захворювання може проявлятися як у вигляді повного розриву сухожилля, що потребує проведення хірургічного втручання, так й у вигляді тендиніту. Хронічне запалення та ушкодження ахіллова сухожилля призводять до стійкої та тривалої втрати працездатності хворого, а також до значних матеріальних затрат на лікування [1].

Прогрес у лікуванні цього захворювання пов’язаний із розробками новітніх методів лікування, метою використання яких є прискорення відновлення сухожилка та швидке повернення хворого до звичного життя та професійної діяльності. Основними напрямками у вирішенні даного питання є вдосконалення фармацевтичних і реабілітаційних заходів, але, незважаючи на деяке просування в даному напрямку, залишаються поодинокі обмеження в можливості лікування [2].

Подальше вдосконалення та розробка новітніх технологій лікування тендопатії ахіллова сухожилля пов’язані із застосуванням біологічних методів лікування, оцінку результату використання яких доцільно проводити в умовах біологічного експерименту [3]. При цьому експериментальне моделювання ушкодження ахіллова сухожилля в лабораторних тварин має бути наближеним до реального патологічного стану в людини. На сучасному етапі розвитку діагностичних технологій верифікація такої відповідності можлива із застосуванням сучасних діагностичних методів. На жаль, більшість біологічних моделей, які використовують тепер, не відповідають цій умові, що робить наше дослідження актуальним.

Мета дослідження: розробити та верифікувати експериментальну біологічну модель ушкодження ахіллова сухожилля в лабораторних щурів.

Матеріали та методи

Дослідження проведене в умовах експериментально-біологічної клініки та лабораторії морфології сполучної тканини державної установи «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України». Експериментальне моделювання здійснювалося на 10 лабораторних щурах віком до 12 місяців, вагою до 300–350 г. Виконавці експериментального дослідження ознайомлені з вимогами Європейської конвенції захисту хребетних тварин, яких використовують в експериментальних та інших наукових цілях (Страсбург, 1986), закону України № 3447-IV від 21.02.2006 р. «Про захист тварин від жорстокого поводження» та зобов’язуються гуманно поводитись із піддослідними тваринами.

Моделювання травми сухожилля (tendo calvaneus) білих лабораторних щурів виконували хірургічним шляхом за артротомічним типом в асептичних умовах під наркозом. Щура фіксували за лапи в положенні лежачи на животі. Часткове пошкодження сухожилля виконували у вигляді прямої травми скальпелем. Операційне поле визначали в першій третині від місця кріплення сухожилля до бугра п’яткової кістки (рис. 1), у цьому місці кровопостачання сухожилля гірше. Розрізом широко відкривали передбачувану зону пошкодження. Ділянку сухожилля відокремлювали від прилеглих тканин. Під сухожилля проводили распатор і скальпелем фронтально до упору в распатор розсікали сухожилля на третину його ширини. Рану обробляли сухим антибіотиком і ушивали пошарово.

З метою вивчення змін, що відбуваються в ушкодженому сухожиллі, через 7, 14, 21, та 28 діб після хірургічного втручання щурам проводили магнітно-резонансно-томографічне дослідження ушкодженої зони ахіллова сухожилля.

Результати

У результаті проведених хірургічних втручань у жодного щура не було виявлено ускладнень як під час хірургічного втручання, так і в післяопераційному періоді. Усі післяопераційні рани зажили первинним натягом. Відповідно до цього всі щури повністю пройшли протокол обстеження. Через 7 та 14 діб після моделювання магнітно-резонансна томографія (МРТ) ахіллова сухожилля у всіх щурів виявила підвищення інтенсивності сигналу в зоні хірургічних маніпуляцій у режимі Т2, а також наявність дефекту прооперованого сухожилля (рис. 2 а, б).

Через 21 добу після хірургічного втручання в прооперованих щурів, як і при минулих МРТ-дослідженнях, відзначали підвіщену інтенсивність сигналу в зоні хірургічного втручання, при цьому у 8 щурів спостерігали незначне зменшення дефекту прооперованої ділянки сухожилля (рис. 3). Через 28 діб після хірургічних маніпуляцій на ахілловому сухожиллі в 6 щурів інтенсивність томографічного сигналу значно зменшилась, у 2 щурів — у режимі Т2 незначно зменшилась порівняно з дослідженням через 21 добу після операції. Повне відновлення зони дефекту ахіллова сухожилля зазначено у 2 щурів, у 6 — часткове, а ще у 2 щурів сухожилля не відновилось (рис. 4).

Патологія опорно-рухового апарату становить більше ніж 50 % від усіх хронічних захворювань в осіб віком понад 50 років. При цьому в 30–50 % випадків це пов’язано із заняттями спортом. Тендопатії займають одне з перших місць серед спортивних травм м’язово-скелетної системи [4].

Лабораторних щурів достатньо часто використовують для експериментального моделювання розриву ахіллова сухожилля або його тендопатії, застосовуючи хімічні або фізичні методи його травматизації [5]. Механічна індукція тендопатії в лабораторних щурів досягається примушенням тварин бігти нагору по схилу до 10° або завдяки бігу тільки на задніх кінцівках. Альтернативним варіантом є електрична стимуляція скорочення м’язів гомілки [6].

Привабливою з точки зору швидкості отримання бажаного результату та фінансових витрат є хімічна індукція тендопатії ахіллова сухожилля. Найбільш часто використовують введення колагенази в сухожилля, але існують і новітні методи, такі як внутрішньосухожилкове введення TGF-β1 [7]. Ще одним з останніх варіантів стимуляції розвитку тендопатії є введення субстанції Р, що є нейропептидом і модулятором болю, який призводить до проліферації тендоцитів та їх нейроваскуляризації. Повторні ін’єкції цієї речовини призводять до запальних процесів у сухожиллі [8].

Поряд із даними варіантами моделювання ушкодження ахіллова сухожилля відомі моделювання ушкодження за допомогою радіочастотних хвиль [9] або методика звичайного перерізання сухожилля [10].

У нашому дослідженні ми проводили хірургічне моделювання ушкодження ахіллова сухожилля в лабораторних щурів шляхом механічного створення його дефекту. МРТ ушкоджених сухожиль виявила, що у всіх прооперованих тварин виникло запалення в зоні хірургічної маніпуляції. Зменшення ознак запалення визначено в більшості щурів (у 8 з 10 тварин у групі, що досліджували) через 21 добу після хірургічного втручання. Часткове відновлення дефекту сухожилля в поєднанні зі зменшенням запального процесу спостерігали тільки в 60 % прооперованих тварин, що свідчить про обмеженість репаративного потенціалу тканини сухожилля без проведення лікувальних заходів. Таким чином, застосування розробленої нами моделі створює in vivo тендопатію ахіллова сухожилля, а здійснення подальших експериментальних досліджень дозволить проводити випробування різних лікувальних заходів, що використовують при тендопатії ахіллова сухожилля.

Висновки

1. Розроблено та верифіковано експериментальну біологічну модель тендопатії ахіллова сухожилля, що можна використовувати для досліджень ефективності застосування різних видів лікування.

2. Запальний процес в ахілловому сухожиллі продовжується протягом 21 доби, а відновлення дефекту сухожилкової тканини залежить від репаративного потенціалу конкретної особини.

3. Доцільним є проведення гістологічних досліджень, метою яких буде визначення репаративних процесів у зоні запалення як без лікування, так і із застосуванням терапевтичних заходів.

Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів при підготовці даної статті.

Список литературы

1. Mafulli N. Achilles tendinopathy: etiology and management / Mafulli N., Sharma P., Luscombe K.L. // Journal of Social Medicine. — 2004. — Vol. 97(10). — P. 472-476.

2. Alfredson H. A treatment algorithm for managing Achilles tendinopathy: new treatment options / Alfredson H., Cook J. // British Journal of Sport Medicine. — 2007. — Vol. 41. — P. 211-216.

3. Sen B. The effect of autologous platelet rich plasma in the treatment of Achilles tendon ruptures: an experimental study on rabbits / Sen B., Guler S., Cecen B., Kumptepe E. // Balkan Medical Journal. — 2016. — Vol. 33. — P. 94-101.

4. Kannus P. Tendons — a source of major concern in competitive and recreational athletes // Scand. J. Med. Sci. Sports. — 1997. — 7. — Р. 53-54.

5. Silva R.D., Glazebrook M.A., Campos V.C., Vasconcelos A.C. Achilles tendinosis: a morphometrical study in a rat model // Int. J. Clin. Exp. Pathol. — 2011. — 4. — Р. 683-691.

6. Ng G.Y., Chung P.Y., Wang J.S., Cheung R.T. Enforced bipedal downhill running induces Achilles tendinosis in rats // Connect. Tissue Res. — 2011. — 52. — Р. 466-471

7. Bell R., Li J., Gorski D.J. et al. Controlled treadmill exercise eliminates chondroid deposits and restores tensile properties in a new murine tendinopathy model // J. Biomech. — 2013. — 46. — Р. 498-505.

8. Andersson G., Backman L.J., Scott A. et al. Substance P accelerates hypercellularity and angiogenesis in tendon tissue and enhances paratendinitis in response to Achilles tendon overuse in a tendinopathy model // Br. J. Sports Med. — 2011. — 45. — Р. 1017-1022.

9. Experimental model of Achilles tendon injury in rats Flavia Emi Akamatsu I, Samir Omar Saleh II, Walcy Rosolia Teodoro III, Alexandre Queiroz da Silva I // Acta Cirúrgica Brasileira. — 2014. — Vol. 29(7). — Р. 417.

10. Xiong X., Wu L., Xiang D., Ni G., Zhao P., Yu B. Effect of platelet-rich plasma injection on early healing of Achilles tendon rupture in rats // Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi. — 2012 Apr. — 26(4). — Р. 466-71.