Гистоморфометрические характеристики метаэпифизарной пластинки дистального отдела бедренной кости ягнят в период интенсивного роста

Введение. Травмы зоны роста встречаются довольно часто и составляют 15–30 % всех повреждений костей скелета у детей. Осложнения возникают у 2–14 % пациентов. Для разработки новых методик лечения пациентов с повреждениями зоны роста необходима адекватная экспериментальная модель на животных.

Цель работы — выявить закономерности изменения гистоморфометрических характеристик метаэпифизарного хряща дистального отдела бедренной кости ягнят в период интенсивного роста.

Материалы и методы. Исследован метаэпифизарный хрящ дистального отдела бедренной кости 12 ягнят (возраст — 3,5 и 5,5 мес., 5 самцов и 7 самок), участвующих ранее в эксперименте о влиянии спиц для остеосинтеза на структурную реорганизацию метаэпифизарного хряща. Проведены гистологические, иммуногистохимические, гистоморфометрические исследования.

Результаты. Определено зональное строение метаэпифизарной пластинки, увеличение доли ШИК‑позитивных структур в наружном слое пограничной зоны и в зоне обызвествленного хряща. При окраске по Массону в метаэпифизарном хряще животных возраста 5,5 мес. зарегистрированы фуксинофильные участки матрикса пограничной зоны, а также увеличение доли фуксинофильных участков зоны обызвествленного хряща по сравнению с животными возраста 3,5 мес., что свидетельствовало об усилении минерализации. Экспрессия CD34 в 3,5 мес. выявлена в наружном слое пограничной зоны, в 5,5 мес. глубина сосудистой инвазии увеличивалась, но не достигала зоны пролиферирующего хряща. Снижение толщины метаэпифизарного хряща в 5,5 мес. в среднем на 18,2 % обусловлено снижением толщины пограничной зоны в 1,9 раз, при этом толщина зоны пролиферирующего хряща увеличена в 1,2 раза.

Обсуждение. Наблюдаемые изменения основного вещества метаэпифизарного хряща указывали, что  у  ягнят к возрасту 5,5 мес. более интенсивно протекают процессы кальцификации матрикса. Глубина проникновения сосудов со стороны диафиза более выражена, чем со стороны эпифиза. Переломы в области зоны роста в период интенсивного роста могут быть обусловлены преобладанием доли пограничной зоны и зоны пролиферирующего хряща.

Заключение. Гистоморфометрические изменения метаэпифизарной пластинки дистального отдела бедренной кости ягнят в период интенсивного роста характеризовались снижением ее толщины за счет выраженного уменьшения размеров резервной зоны, при этом толщина пролиферирующего хряща статистически значимо увеличивалась. Глубина сосудистой инвазии в пограничной зоне увеличивалась, но не достигала зоны пролиферирующего хряща, изменения тинкториальных характеристик основного вещества свидетельствовали об активации процессов кальцификации матрикса со стороны субхондральной кости эпифиза и энходрального окостенения со стороны диафиза.

1. Shaw N, Erickson C, Bryant SJ, et al. Regenerative Medicine Approaches for the Treatment of Pediatric Physeal Injuries. Tissue Eng Part B Rev. 2018;24(2):85-97. doi: 10.1089/ten.TEB.2017.0274.

2. Sananta P, Lesmana A, Alwy Sugiarto M. Growth plate injury in children: Review of literature on PubMed. J Public Health Res. 2022;11(3):22799036221104155. doi: 10.1177/22799036221104155.

3. Meyers AL, Taqi M, Marquart MJ. Pediatric Physeal Injuries Overview. 2024. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024.

4. Elsoe R, Ceccotti AA, Larsen P. Population-based epidemiology and incidence of distal femur fractures. Int Orthop. 2018;42(1):191‑196. doi: 10.1007/s00264-017-3665-1.

5. Wang X, Li Z, Wang C, Bai H, et al. Enlightenment of Growth Plate Regeneration Based on Cartilage Repair Theory: A Review. Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:654087. doi: 10.3389/fbioe.2021.654087.

6. Коробейников А.А., Аранович А.М., Попков Д.А. Метод Илизарова при лечении детей с околосуставными переломами. Гений ортопедии. 2021;27(4):418-423. doi: 10.18019/1028-4427-2021-27-4-418-423.

7. Бровин Д.А., Трофимова Т.Н., Кенис В.М., Брайлов С.А. Диффузионно-тензорная магнитно-резонансная томография зоны роста кости: обоснование методики и оценка ее воспроизводимости. Лучевая диагностика и терапия. 2022;13(3):67-76. doi: 10.22328/2079-5343-2022-13-3-67-76.

8. Макарова М.Н. , Матичин А.А., Матичина А.А., Макаров В.Г. Принципы выбора животных для научных исследований. Сообщение 1. Выбор модельных организмов на основании филогенетических связей. Лабораторные животные для научных исследований. 2022;5(2):58-70. doi: 10.29296/2618723X-2022-02-07.

9. Drenkard LMM, Kupratis ME, Li K, Gerstenfeld LC, Morgan EF. Local Changes to the Distal Femoral Growth Plate Following Injury in Mice. J Biomech Eng. 2017;139(7). doi: 10.1115/1.4036686.

10. Erickson CB, Shaw N, Hadley-Miller N, et al. A Rat Tibial Growth Plate Injury Model to Characterize Repair Mechanisms and Evaluate Growth Plate Regeneration Strategies. J Vis Exp. 2017;(125):55571. doi: 10.3791/55571.

11. Li W, Xu R, Huang J, et al. Treatment of rabbit growth plate injuries with oriented ECM scaffold and autologous BMSCs. Sci Rep. 2017;7:44140. doi: 10.1038/srep44140.

12. Fernández-Iglesias Á, Fuente R, Gil-Peña H, et al. The Formation of the Epiphyseal Bone Plate Occurs via Combined Endochondral and Intramembranous-Like Ossification. Int J Mol Sci. 2021;22(2):900. doi: 10.3390/ijms22020900.

13. van Loon JJWA, Berezovska OP, Bervoets TJM, et al. Growth and mineralization of fetal mouse long bones under microgravity and daily 1g gravity exposure. NPJ Microgravity. 2024;10(1):80. doi: 10.1038/s41526-024-00421-4.

14. Kember NF, Sissons HA. Quantitative histology of the human growth plate. J Bone Joint Surg Br. 1976;58-B(4):426-435. doi: 10.1302/0301-620X.58B4.1018028.

15. Pearce AI, Richards RG, Milz S, et al. Animal models for implant biomaterial research in bone: a review. Eur Cell Mater. 2007;13:1-10. doi: 10.22203/ecm.v013a01.

16. Turner AS. Experiences with sheep as an animal model for shoulder surgery: strengths and shortcomings. J Shoulder Elbow Surg. 2007;16(5 Suppl):S158-163. doi: 10.1016/j.jse.2007.03.002.

17. Sartoretto SC, Uzeda MJ, Miguel FB, et al. Sheep as an experimental model for biomaterial implant evaluation. Acta Ortop Bras. 2016;24(5):262-266. doi: 10.1590/1413-785220162405161949.

18. Banstola A, Reynolds JNJ. The Sheep as a Large Animal Model for the Investigation and Treatment of Human Disorders. Biology (Basel). 2022 Aug 23;11(9):1251. doi: 10.3390/biology11091251.

19. Коробейников А.А., Ступина Т.А., Дюрягина О.В. и др. Оценка влияния спиц для остеосинтеза на структурную реорганизацию метаэпифизарного хряща (экспериментально-морфологическое исследование). Гений ортопедии. 2024;30(4):561-571. doi: 10.18019/1028-4427-2024-30-4-561-571.

20. Хайитов А.Х., Джураева У.Ш. Морфофизиологические закономерности роста костной и мышечной тканей у овец. Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2017;(48):72-80.

21. Щудло М.М., Варсегова Т.Н., Ступина Т.А. и др. Проблема эффекта Холмса в количественной телепатологии (методические аспекты). Известия Челябинского научного центра УрО РАН. 2003;(1):120-124.

22. Ступина Т.А., Щудло М.М. Способ количественной оценки состояния суставного хряща на разных уровнях структурной организации. Гений ортопедии. 2009;(1):55-57.

23. Заварухин В.И., Моренко Е.С., Свиридов М.К., Говоров А.В. Эмбриональное развитие и строение зоны роста. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2015;3(2):61-65. doi: 10.17816/PTORS3261-65.

24. Singh V, Garg V, Parikh SN. Management of Physeal Fractures: A Review Article. Indian J Orthop. 2021;55(3):525-538. doi: 10.1007/s43465-020-00338-6.

25. Celarek A, Fischerauer SF, Weinberg AM, Tschegg EK. Fracture patterns of the growth plate and surrounding bone in the ovine knee joint at different ages. J Mech Behav Biomed Mater. 2014;29:286-294. doi: 10.1016/j.jmbbm.2013.09.010.

26. Алексина Л.А. Возрастные особенности и динамика окостенения проксимальных отделов плечевых костей. Журнал анатомии и гистопатологии. 2015;4(1):38-44.

27. Cuestas ME, Cieri ME, Ruiz Brünner MLM, Cuestas E. Height growth study of healthy children and adolescents from Córdoba, Argentina. Rev Chil Pediatr. 2020;91(5):741-748. (In English, Spanish.) doi: 10.32641/rchped.vi91i5.2066.

28. Villemure I, Stokes IA. Growth plate mechanics and mechanobiology. A survey of present understanding. J Biomech. 2009;42(12):1793-1803. doi: 10.1016/j.jbiomech.2009.05.021.

29. Kazemi M, Williams JL. Properties of Cartilage-Subchondral Bone Junctions: A Narrative Review with Specific Focus on the Growth Plate. Cartilage. 2021;13(2_suppl):16S-33S. doi: 10.1177/1947603520924776.

30. Zhang C, Yan B, Cui Z, et al. Bone regeneration in minipigs by intrafibrillarly-mineralized collagen loaded with autologous periodontal ligament stem cells. Sci Rep. 2017;7(1):10519. doi: 10.1038/s41598-017-11155-7.

31. Skak SV, Jensen TT, Poulsen TD, Stürup J. Epidemiology of knee injuries in children. Acta Orthop Scand. 1987;58(1):78‑81. doi: 10.3109/17453678709146348.

32. Nilsson O, Baron J. Fundamental limits on longitudinal bone growth: growth plate senescence and epiphyseal fusion. Trends Endocrinol Metab. 2004;15(8):370-374. doi: 10.1016/j.tem.2004.08.004.