Молекулярные и клеточные особенности развития асептического некроза головки бедренной кости в эксперименте

Цель. Изучить молекулярные и клеточные особенности развития асептического некроза головки бедренной кости в эксперименте.

Материалы и методы. Проведена хирургическая индукция асептического некроза головки бедренной кости 8 крысам. Наблюдение за животными проводилось в течение 4 недель. У всех животных, после выведения из эксперимента путем декапитации, была забрана кровь для сравнения системных показателей, а также выполнена экстирпация бедренных костей. Состояние головок выделенных бедренных костей оценивалось визуально, рентгенологически. Затем остеотомом выполнялось разделение головок бедренных костей на две равновеликие части. Первая часть исследовалась гистологически, вторая часть использовалась для определения молекулярной массы белков костной ткани с помощью гель-электрофореза.

Результаты. После выполнения хирургических манипуляций во всех исследуемых случаях наблюдалась картина стадии импрессионного перелома при асептическом некрозе головки бедренной кости, подтвержденная при исследовании макропрепарата и рентгенографии. Гистологическое исследование так же подтвердило развитие остеодеструктивных процессов в проксимальном эпифизе бедра. При иммунологическом исследовании крови после индукции асептического некроза головки бедренной кости отмечалось увеличение концентрации провоспалительных цитокинов по отношению к концентрации нативных крыс. Метод квадрупольно-времяпролетной масс-спектрометрии позволил обнаружить несколько мажорных белков, участвующих в поддержании гомеостаза костной ткани, ими оказались белки, отвечающие за кальций-фосфорный обмен, протеины, способствующие ангиогенезу, кроветворению костного матрикса, молекулы передачи межклеточных сигналов, молекулы-шапероны, белки хрящевого матрикса, синтеза коллагена, белки липидного профиля, а также для конечности после хирургической индукции асептического некроза – протеины, регулирующие воспалительный ответ, белки окислительного стресса. Полученные данные при исследовании гель-электрофореза указывают на то, что развитие аваскулярного остеонекроза сопровождалось гиперэкспрессией белков окислительного стресса, гликолитических процессов, неспецифического воспалительного ответа при снижении молекул ангиогенеза, хондрогенеза, способствующих кальций-фосфорному обмену, синтеза коллагена и хрящевого матрикса.

Заключение. Развитие остеонекроза сопровождается значительной гетерогенностью изменений регуляции костного гомеостаза. При этом важную роль в манифестации костной деструкции играют процессы неспецифического воспаления, окислительного стресса, в том числе перекисного окисления липидов, развивающиеся на фоне гипоксии.

1. Шостак Н.А., Клименко А.А., Демидова Н.А., Андрияшкина Д.Ю., Ратьев А.П., Чирков А.В., Аветисян Г.Р., Михеева Е.П. Остеонекроз головки бедренной кости, не связанный с травмой: хирургические и консервативные методы лечения (часть 2). Лечебное дело. 2021;2:416. https://doi.org/10.24412/2071-5315-2021-12387

2. Zhao H, Yeersheng R, Xia Y, Kang P, Wang W. Hypoxia Enhanced Bone Regeneration Through the HIF-1α/β-Catenin Pathway in Femoral Head Osteonecrosis. Am J Med Sci. 2021;362(1):78-91. https://doi.org/10.1016/j.amjms.2021.03.005

3. Adapala NS, Yamaguchi R, Phipps M, Aruwajoye O, Kim HKW. Necrotic Bone Stimulates Proinflammatory Responses in Macrophages through the Activation of Toll-Like Receptor 4. Am J Pathol. 2016;186(11):29872999. https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2016.06.024

4. Нуруллина Г.М., Ахмадуллина Г.М. Костное ремоделирование в норме и при первичном остеопорозе: значение маркеров костного ремоделирования. Архивъ внутренней медицины. 2018;8(2):100-110. https://doi.org/10.20514/2226-6704-2018-8-2-100-110

5. Yamaguchi R, Kamiya N, Adapala NS, Drissi H, Kim HK. HIF-1-Dependent IL-6 Activation in Articular Chondrocytes Initiating Synovitis in Femoral Head Ischemic Osteonecrosis. J Bone Joint Surg Am. 2016;98(13):1122-1131. https://doi.org/10.2106/JBJS.15.01209

6. Kamiya N, Kim HK. Elevation of Proinflammator Cytokine HMGB1 in the Synovial Fluid of Patients With Legg-Calvé-Perthes Disease and Correlation With IL-6. JBMR Plus. 2020;5(2):e10429. https://doi.org/10.1002/jbm4.10429

7. Chen B, Du Z, Dong X, Li Z, Wang Q, Chen G, Zhang G, Song Y.Association of Variant Interactions in RANK, RANKL, OPG, TRAF6, and NFATC1 Genes with the Development of Osteonecrosis of the Femoral Head. DNA Cell Biol. 2019;38(7):734-746. https://doi.org/10.1089/dna.2019.4710

8. Lechner J, Rudi T, von Baehr V. Osteoimmunology of tumor necrosis factor-alpha, IL-6, and RANTES/CCL5: a review of known and poorly understood inflammatory patterns in osteonecrosis. Clin Cosmet Investig Dent. 2018;10:251-262. https://doi.org/10.2147/CCIDE.S184498

9. Adapala NS, Kim HKW. Comprehensive Genome-Wide Transcriptomic Analysis of Immature Articular Cartilage following Ischemic Osteonecrosis of the Femoral Head in Piglets. Plos One. 2016;11(4):e0153174. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0153174