Харчування та дегенерація суглобового хряща

Юзе Ван

Кафедра ортопедії, Друга лікарня медичного університету Шаньсі, 382 Wuyi Road, Тайюань, 030001 Китайська народна республіка Шаньсі

Лей Вей

Кафедра ортопедії, медична школа Уоррена Альперта Браунського університету/лікарні Род-Айленда, Suite 402A, 1 Hoppin Street, Providence, RI 02903 USA

Лінгюань Цзень

Кафедра ортопедії, Друга лікарня медичного університету Шаньсі, 382 Wuyi Road, Тайюань, 030001 Китайська Народна Республіка

Дундун Хе

Сяочунь Вей

Ключова лабораторія Шаньсі з усунення травм кісток і м’яких тканин, 382 Wuyi Road, Тайюань, 030001 Китайська народна республіка Шаньсі

Пов’язані дані

Анотація

Призначення

Визначити важливість синовіальної рідини (SF) або субхондрального кісткового мозку (BM) як джерел живлення при дегенерації хряща.

Методи

Кроликів-самців дев’яносто п’яти місяців випадковим чином розподілили на 5 груп за джерелами харчування: SFBM - обидва; Тільки BM; Лише SF; None-SFBM; та Безкоштовна вилка (необмежена). Харчування циліндричних остеохондральних пробок діаметром 4 мм, створених на трохлеї дистальних відділів стегнових кісток, перешкоджало ковпачку з полівінілхлориду (ПВХ). Зміни хряща оцінювали через 4, 8 та 12 тижнів за допомогою гістології, імуногістохімії та ПЛР у режимі реального часу.

Результати

Найбільший збиток зазнав хрящ у групі, яка мала лише БМ, за якою слідували групи, що не містять SFBM та SF. Апоптоз був збільшений у групах, які мали тільки BM та None-SFBM, порівняно з іншими. Хрящ був значно тонший у всі часові моменти в групах, що мали лише BM і None-SFBM, у порівнянні з SFBM і з Free plug, тоді як у групі, яка використовувала лише SF, ця різниця спостерігалася через 8 тижнів. Порівняно з SFBM-обома та Free plug, експресія колагену II та агреганових мРНК у всіх групах була зменшена, але MMP-3 зросла відповідно.

Висновок

Наші дані вказують на те, що харчування, похідне SF, є основним джерелом живлення для структури та функції хряща дорослих. Пошкодження хряща спостерігається, коли єдиним джерелом живлення є БМ.

Електронний додатковий матеріал

Інтернет-версія цієї статті (doi: 10.1007/s00167-012-1977-7) містить додаткові матеріали, доступні для авторизованих користувачів.

Вступ

Суглобовий хрящ - це безсудинна тканина [15], яка живиться двома потенційними шляхами: дифузією із субхондральних кісткових судин та дифузією із синовіальної рідини. Відносна важливість цих шляхів суперечлива [12]. Зібрані дані свідчать, що дефіцит живлення хряща може бути однією з головних причин дегенерації цієї тканини [10, 14, 15, 25]. Авторадіографічні та трассерні дослідження на тваринах показали, що, хоча незрілий суглобовий хрящ може харчуватися як синовіальним, так і субхондральним шляхом, суглобовий хрящ у зрілих тварин отримує своє харчування виключно із синовіальної рідини через кальцифікованого бар’єру з субхондральним відділом [21–23] . Окрім цього, дослідження на людях Марудаса та Буллоу [20] надали докази, що лише у незрілих зразках людини розчинні молекулярні речовини можуть проникати з порожнини мозку в хрящі. Однак Грінвальд і Хейнс [9] застосовували нетоксичну флуоресцентну та індикаторну технологію для візуалізації руху крові в голові стегнової кістки людини і відзначали, що флуоресцентні речовини в кістковому мозку можуть проникати в тканини хряща у дорослих людей [1, 2, 9].

Хоча ці дослідження припускають, що суглобовий хрящ може харчуватися як субхондральним кістковим мозком, так і синовіальними шляхами, відносна важливість цих двох шляхів залишається невизначеною. Наша гіпотеза полягає в тому, що як шляхи живлення з субхондрального кісткового мозку, так і синовіальна рідина відіграють вирішальну роль у підтримці нормального гомеостазу та функції хряща у дорослих. Метою цього дослідження було визначити взаємозв'язок між харчовими шляхами та дегенерацією суглобового хряща. Щоб визначити, який із шляхів харчування (субхондральний кістковий мозок або синовіальна рідина) відіграє вирішальну роль у підтримці нормального гомеостазу та функціонування хрящової тканини у дорослих, ми позбавили харчування суглобового хряща лише SF, BM лише або обидва SFBM, за допомогою ковпачка з ПВХ. Наслідки депривації харчування оцінювали в різні моменти часу за допомогою грубої томографії, гістологічних аналізів, імуногістохімії та ПЛР у реальному часі.

Матеріали і методи

Тварина модель

A Діаграма моделі тварин. a SFBM - обидві групи (підтримка харчування як SF, так і BM з відкритою з обох кінців трубкою з ПВХ); Група, яка має лише ВМ (харчування лише від ВМ, із заблокованою на кінці синовіальної рідини трубкою з ПВХ); c Група, що містить лише SF (харчування лише з SF, із забитою на кінці кісткового мозку трубкою з ПВХ); d Група без SFBM (перешкоджання харчуванню як SF, так і BM, блокуючи обидва кінці трубки з ПВХ); e Безкоштовна група пробок (поживний доступ необмежений, замінюючи остеохондральну пробку, не оточуючи її в ПВХ-трубці); 1. Стегнова кістка. 2. Бічна колатеральна зв’язка. 3. Гомілкова кістка. 4. Стегнова трохлея. 5. ПВХ чашка або трубка. 6. Поверхневий хрящ. 7. Кальцифікований шар. 8. Субхондральна кістка. Операції на моделях тварин

A Макроскопічний вигляд. Загальний бал продемонстрував помітне збільшення пошкодження хряща в групах, що мають лише BM та None-SFBM, через 4, 8 та 12 тижнів після операції. Медіани ± інтерквартильний діапазон (M ± QR) зірка P 0,82) та аналіз ділянки Бленда – Альтмана (в межах або менше діапазону ± 1,96 стандартного відхилення) відповідно.

Імуногістохімія

Тільки 4-тижневі зразки використовували для фарбування колагену II типу (Histostain-SP Kits, Zymed, Carlsbad, CA Cat. №95–9943) та ПЛР у режимі реального часу, через те, що зразки хрящів 8 і 12 тижнів були занадто пошкоджені для ці аналізи, особливо у групі, яка має лише ІМ. Зрізи інкубували з моноклональним мишачим Ab проти колагену II типу (20 мкг/мл; Cat. # Cp18 Calbiochem, Японія) при 4 ° C протягом ночі. Зрізи негативного контролю інкубували з контролем ізотипу (25 мкг/мл; Cat. # MAB002 R&D Systems, Inc., Міннеаполіс, Міннесота) в 0,01 М PBS. Потім зрізи обробляли послідовно готовими до використання біотинільованими вторинними антитілами та кон’югатом стрептавідин-пероксидази з подальшим стандартизованим розробкою в DAB. Фотографування проводилося за допомогою Olympus BX51.