Остеоартроз (ОА) представляет собой гетерогенную группу заболеваний различной этиологии со сходными биологическими, морфологическими и клиническими проявлениями, при которых в патологический процесс вовлекаются все структуры сустава [1]. Отсутствие единого понимания начинается с определения, где он позиционируется как «группа заболеваний». При этом очевидна клинико-патогенетическая вариабельность ОА. К сожалению, единая четкая фенотипизация заболевания до сих пор отсутствует и проводится множество попыток классифицировать ОА [2—5]. Среди них наиболее значимыми представляются те, которые основываются на влиянии доказанных факторов риска заболевания и учитывают его патогенетические особенности [2, 5, 6]. Можно предположить, что многообразные проявления ОА базируются на определенной структурной основе, однако исследования в этой области единичны.

Морфологические методы исследования позволяют дать исчерпывающее представление о преобразовании тканей суставов больных с ОА. Хотя общие закономерности реорганизации суставных структур при ОА известны [7—10], однако даже на поздних, казалось, наиболее изученных стадиях обнаруживаются неоднозначные данные, а некоторые морфологические находки противоречат текущим концепциям. Например, в работе [11] проникновение сосудов из субхондральной кости в суставной хрящ (СХ) через базофильную линию наблюдалось в 60% случаев у больных ОА и в 20% в контрольной группе. В исследовании L. Wyatt и соавт. [12] у здоровых пациентов также обнаружено нарушение целостности базофильной линии. К сожалению, в отечественной литературе подобные исследования практически не представлены. Более того, структурно-функциональные особенности разных фенотипов заболевания не исследовались. В большинстве исследований морфологию суставных структур анализировали при ОА травматического характера [9, 13]. В единичных работах приводили данные о гистопатологических особенностях хрящевой ткани в сравнительном аспекте [7]. При этом специфичные морфологические особенности строения суставов в зависимости от генеза ОА четко не ясны.

Несмотря на клинико-патогенетическую гетерогенность ОА, большинство работ по изучению морфологии суставов в отечественной литературе носит описательный характер, без использования специализированных шкал для объективной сравнительной оценки состояния суставных структур. В англоязычной литературе наиболее распространены две оценочные системы морфологии СХ при ОА, доказавшие свою надежность и достоверность: Шкала полуколичественной гистохимико-гистологической оценки состояния хряща по H. Mankin [14] и Шкала оценки гистопатологии хряща OARSI (2006) [15]. Первая шкала отражает особенности внутренней структурной реорганизации СХ (состояние поверхности, клеточный состав и т.д.), вторая позволяет оценить глубину (степени) и площадь (стадии) его поражения.

Таким образом, исследование структурных особенностей разных фенотипов ОА с использованием объективных морфологических шкал представляется актуальным.

Цель исследования — выявить структурно-функциональные особенности суставного хряща пациентов с наиболее распространенными фенотипами ОА коленных суставов.

Материал и методы

Проведенное исследование соответствовало положениям пересмотренного варианта Хельсинкской декларации (2000), было одобрено Локальным этическим комитетом Оренбургского государственного медицинского университета (выписка из протокола №150) и включало результаты обследования 40 пациентов с гонартрозом III—IV рентгенологической стадии (согласно Kellgren и Lawrencе, 1957), направленных на тотальное эндопротезирование коленного сустава на базе травматолого-ортопедических отделений ГБУЗ ООКБ и МБУЗ ГКБ №4 Оренбурга. На основе предлагаемых в научной литературе классификаций ОА выделено и изучено 4 варианта заболевания: возрастной, посттравматический (наличие предшествующей травмы сустава), метаболический (индекс массы тела более 30 кг/м², наличие метаболического синдрома), смешанный (их сочетание). Для достижения патогенетической однородности выделяемых групп влияние других известных факторов исключалось: пациенты, имеющие профессиональные факторы риска ОА и регулярно высокоинтенсивно занимающиеся спортом в анамнезе, не входили в исследование. Также критериями исключения были другие ревматологические, аутоиммунные заболевания, остеохондропатия коленного сустава. Количество больных в каждой группе составило 10 человек.

Средний возраст пациентов составил 64±8 лет, причем средний возраст пациентов возрастного фенотипа оказался наибольшим — 70±7 лет, при посттравматическом, метаболическом и смешанном ОА он был 61±9, 63±7 и 60±6 лет соответственно. Средняя клиническая длительность гонартроза 10±3 года, заболевание дебютировало в возрасте примерно 52±5 лет.

У всех пациентов-представителей каждого фенотипа проведено морфологическое исследование СХ. Интраоперационный материал, представляющий собой опил большеберцовой кости, изучали макроскопически: в медиальном и латеральном мыщелках большеберцового плата оценивали состояние поверхности и цвет хряща, наличие обнажения субхондральной кости. Для проведения микроскопического исследования из дистального опила в наиболее нагружаемой области медиального мыщелка вырезали фрагменты, включающие хрящ и прилежащую субхондральную кость. Материал фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина в течение 5—6 сут, затем промывали в проточной воде в течение 12 ч. Затем объекты подвергали декальцинации, используя 25% раствор трилона Б (этилендиаминтетрауксусная кислота) с добавлением 40% раствора гидроксида натрия (5 мл на 1000 мл декальцинирующей смеси). Степень декальцинации контролировали специальной иглой. Через 30—35 сут объекты помещали в 5% раствор алюмокалиевых квасцов на 24 ч, затем кусочки промывали в проточной воде, дегидратировали в спирте возрастающей крепости (70—100°) и заливали в парафин. Изготовление гистологических срезов толщиной 5—6 мкм осуществляли на ротационном микротоме МПС-2. После депарафинирования срезы окрашивали гематоксилином Майера и эозином по стандартной методике [16]. Для специфического выявления основного вещества хрящевого матрикса гликозаминогликанов (гиалуроновой кислоты) окрашивали 0,5% толуидиновым синим при рН 7,4; 4,7 и проводили контроль (обработка гиалуронидазой).

Для определения тяжести ОА использовали Шкалу полуколичественной гистохимической оценки состояния хряща по H. Mankin (1971), а также Шкалу оценки гистопатологии хряща OARSI (2006). Морфометрическое исследование осуществляли по общепринятым принципам с использованием окуляра-микрометра МОВ-1-1.5*у 4,2 при увеличении в 8 раз для определения средней толщины СХ [17].

Для обработки статистических количественных данных использовали пакет программ Statistica 10.0. Провели подсчет среднеарифметических значений и стандартных отклонения (M±δ). Для проверки достоверности различий между исследуемыми группами использовали t-критерий Стьюдента. Для всех показателей была отвергнута нулевая гипотеза на уровне значимости р≤0,05.

Результаты исследования

СХ пациентов с возрастным фенотипом ОА (рис. 1) характеризовался значительными изменениями гистоархитектоники. На поверхности хряща располагались многочисленные глубокие трещины, проникающие до кальцифицированного хряща, иногда разделяющие его на отдельно расположенные фрагменты. Поверхностная зона отсутствовала. Клеточный состав представлен кластерами из 7—27 клеток, между которыми располагались единичные хондроциты на фоне обширных бесклеточных пространств. Кластеры чаще обнаруживались в поверхностно-промежуточных отделах матрикса хряща по краю трещин. Матрикс хряща выглядел негомогенным, с преимущественно диффузным разволокнением. Базофильная линия не визуализировалась. Толщина СХ была незначительная (таблица). На отдельных участках он истончался, местами вплоть до обнажения субхондральной кости. На этих участках она выпячивалась в сторону суставной щели, образуя с оставшимися фрагментами хрящевой ткани единую по высоте поверхность, иногда была покрыта рыхлым синовиальным паннусом, переходящим на хрящевую поверхность единым фронтом. В половине случаев наблюдалась васкуляризация и оссификация СХ путем проникновения сосудов из подлежащей кости и образования около них новых очагов костной ткани. При окрашивании толуидиновым синим (рис. 2) метахромазия в виде слабого бледно-фиолетового цвета сохранялась в глубоких отделах СХ, в поверхностных и промежуточных отсутствовала или была резко снижена, интенсивность окрашивания в данной группе оказалась наименьшей.

Рис. 1. Суставной хрящ коленного сустава пациентов с возрастным фенотипом остеоартроза.

1 — суставной хрящ; 2 — субхондральная кость; 3 — синовиальный паннус. Окраска гематоксилином и эозином, ×150.

Рис. 2. Суставной хрящ коленного сустава пациентов с возрастным фенотипом остеоартроза.

1 — сохранение окрашивания (метахромазии); 2 — уменьшение окрашивания (ослабление метахромазии); 3 — полное отсутствие окрашивания матрикса (отсутствие метахромазии). Окраска толуидиновым синим, ×150.

СХ пациентов с ОА посттравматического генеза имел выраженные нарушения зонального строения (рис. 3). Подлежащая субхондральная кость не обнажалась, но общая толщина СХ значительно уменьшалась. Поверхностные хондроциты отсутствовали, край хряща покрыт глубокими трещинами, проникающими в промежуточную зону. Хондроциты были мелкими, располагались неравномерно и образовывали кластеры в среднем по 10, достигая 35—50 клеток. Кластеры могли располагаться во всех зонах суставного хряща. Между ними располагались единичные хондроциты в состоянии гибели. Матрикс СХ выглядел негомогенным и характеризовался видимым очаговым или диффузным разволокнением. В местах регенерации дефектов гиалиновый хрящ замещался на волокнистый. Базофильная линия отсутствовала, реже удваивалась и была прерывистой. Образование сосудистых каналов, проникающих в СХ, с новообразованием костной ткани не встречалось. У некоторых больных определялась «надхрящница» — синовиальный паннус на поверхности хряща. Окрашивание толуидиновым синим выявило ослабление метахромазии в поверхностной и промежуточных зонах СХ, на оставшихся участках определялась значительная интенсивность окраски темно-фиолетового цвета, иногда визуализировались волокна матрикса, окрашенные в розовый цвет.

Рис. 3. Суставной хрящ коленного сустава пациентов с посттравматическим фенотипом остеоартроза.

1— глубокие трещины на поверхности; 2 — кластеры хондроцитов; 3 — бесклеточное пространство. Окраска гематоксилином и эозином, ×150.

СХ пациентов с метаболическим фенотипом ОА имел умеренно нарушенное зональное строение: у большинства пациентов присутствовал 1 ряд поверхностных хондроцитов, за которыми следовали промежуточная, глубокая зона и кальцифицированный хрящ. Суставная поверхность была неровной, с неглубокими трещинами и горизонтальными повреждениями поверхностной пластинки. Хондроциты располагались в составе изогенных групп по 2—5, реже до 10 клеток, отделенных друг от друга интертерриториальным матриксом. Разволокнение матрикса умеренное. У всех больных с метаболическим ОА обнаружена васкуляризация СХ с дальнейшим образованием новой костной ткани вокруг сосудистых каналов и разрушением хряща относительно подлежащей субхондральной кости (рис. 4). Базофильная линия имела неровные контуры, огибая отдельные клетки и сдвигая фронт минерализации к поверхности хряща. В некоторых случаях на значительном протяжении она отсутствовала. Нарушение целостности базофильной линии, пенетрация изогенными группами хондроцитов, сосудами из субхондральной кости или непосредственно элементами последней наблюдались у всех пациентов исследуемой группы. При окрашивании толуидиновым синим выявлено снижение метахромазии в поверхностной и верхних отделах промежуточной зон СХ, остальные участки окрашивались среднеинтенсивно.

Рис. 4. Суставной хрящ коленного сустава пациентов с метаболическим фенотипом остеоартроза.

1 — прерывание базофильной линии изогенными группами хондроцитов; 2 — прорастание сосудов в хрящ; 3 — формирование костной ткани вокруг новообразованных сосудов в хряще. Окраска гематоксилином и эозином, ×150.

СХ пациентов смешанного фенотипа ОА имел гетерогенное строение. Несмотря на нарушенную зональность, часто присутствовала поверхностная зона. Глубина трещин варьировала от незначительных по краю хряща до глубоких, проникающих в кальцифицированный хрящ. Большинство клеток подвергалось гипертрофии, они образовывали кластеры (по 13—35 клеток), между которыми располагались обширные бесклеточные участки матрикса. Кластеры обнаруживались чаще в глубокой зоне. Реже хондроциты располагались по 6—7 клеток относительно равномерно по всему хрящу. Матрикс хряща терял упорядоченную структуру и разволокнялся. В местах крупных дефектов поверхности СХ гиалиновый хрящ был замещен волокнистым. Базофильная линия была прерывистой или отсутствовала. У подавляющего большинства пациентов наблюдалось активное прорастание сосудистых каналов из субхондральной кости в подлежащий хрящ с разрушением его и последующей оссификацией. При использовании толуидинового синего выявлена гетероморфная картина метахромазии средней интенсивности окрашивания. В зонах с наиболее выраженными дегенеративными повреждениями она уменьшалась на всем протяжении СХ, в структурно сохранившихся участках присутствовала, за исключением поверхностной зоны.

При сравнительном количественном анализе морфологии СХ пациентов с возрастным, посттравматическим, метаболическим и смешанным ОА установлено наличие значительных структурно-функциональных преобразований во всех группах, результаты представлены в таблице.

Сравнительный анализ результатов морфологического исследования коленных суставов больных возрастного, посттравматического, метаболического и смешанного фенотипов остеоартроза

Примечание. Достоверность различий при сравнении: * — с метаболическим остеоартрозом, p≤0,05; ^# — со смешанным остеоартрозом, p≤0,05.

Как видно из таблицы, при использовании морфологических шкал достоверные различия между группами выявлены по шкале Mankin. Наихудшие показатели состояния хряща обнаружены в возрастном и посттравматическом фенотипах, в то время как наилучшие — при метаболическом ОА. При оценке СХ с помощью шкалы OARSI достоверных различий между группами не было, однако наименьшее количество баллов установлено также в метаболическом фенотипе ОА.

Наибольшая толщина СХ обнаружена при метаболическом и смешанном ОА, наименьшая — при возрастном и посттравматическом фенотипах, однако данный показатель не имел достоверных различий между исследуемыми группами.

Обсуждение

Проведенное морфологическое исследование продемонстрировало, что наиболее выраженными дегенеративными изменениями СХ (в виде глубоких трещин, разволокнения, гипоклеточности, оголения субхондральной кости, резкого снижения содержания протеогликанов) характеризовался возрастной фенотип ОА. Можно предположить, что применение медленно действующих структурно-модифицирующих препаратов в данной группе малоэффективно, так как субстрат (СХ) практически отсутствует. Посттравматический фенотип ОА отличался неравномерными дефектами поверхности СХ с активацией репаративных механизмов (кластеризация хондроцитов, замещение волокнистым хрящом), поэтому в лечении необходимо стимулировать метаболизм и репаративные возможности хрящевой ткани. При метаболическом фенотипе ОА повреждение поверхности было незначительным, но преобладало поражение хряща со стороны субхондральной кости (пенетрация базофильной линии, васкуляризация, рост кости вокруг новообразованных сосудов хряща). Вероятно, роль субхондральной кости в развитии этого варианта заболевания требует более пристального внимания. Смешанный фенотип ОА имел гетерогенное строение, сочетая в себе как глубокие трещины, так и мелкие дефекты поверхности хряща, кластеризацию хондроцитов и гипоклеточность, очаговое и диффузное разволокнение матрикса, васкуляризацию хряща, формирование паннуса. Вероятно, лечебная тактика в этой группе должна учитывать преобладающее влияние конкретного фактора риска, а терапия пациента должна быть комплексной.

По шкалам Mankin и OARSI наибольшее поражение СХ зафиксировано в группе возрастного ОА, наименьшее — при метаболическом ОА. Обе шкалы однонаправленно характеризуют морфологические преобразования СХ, однако оценочная система Mankin точнее отражает особенности его структуры и имеет больший диапазон значений, вероятно поэтому ее результаты имели достоверные различия между фенотипами.

Выводы

1) Остеоартороз является гетерогенной группой заболевания, в которую входят фенотипические варианты с различными морфологическими особенностями: возрастной, посттравматический, метаболический и смешанный.

2) Возрастной фенотип остеоартроза характеризуется наиболее выраженными дегенеративно-дистрофическими изменениями суставного хряща; посттравматический фенотип отличается выраженным неравномерным повреждением хряща с активацией репаративных механизмов; метаболический фенотип остеоартроза — преобладанием вас-куляризациии эндохондральной оссификации хряща при относительно неповрежденной поверхности; cмешанный фенотип остеоартроза имеет вариабельную морфологическую картину.

3) Получена фундаментальная основа дифференцированного подхода в лечении разных категорий больных с гонартрозом.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Т.В. Чернышева, В.С. Полякова

Сбор и обработка материала — К.В. Корочина, В.С. Полякова

Статистическая обработка — И.Э. Корочина

Написание текста — К.В. Корочина, И.Э. Корочина

Редактирование — Т.В. Чернышева, В.С. Полякова

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

<