Blood myokine profile in anterior cruciate ligament injury of the knee joint with arthrogenic muscle inhibition

Full Text

Введение

Ежегодная статистика показывает высокую распространенность травм передней крестообразной связки, достигающую согласно исследованиям 3-8 случаев на тысячу человек [1]. Механизм артрогенного мышечного торможения, развивающийся после повреждения структур коленного сустава, существенно ограничивает эффективность хирургического вмешательства и последующего реабилитационного процесса. По данным исследований [6, 8], нарушение произвольной активации четырехглавой мышцы бедра, значительно замедляет темпы восстановления пациентов после операции.

Патологические изменения афферентной импульсации от коленного сустава при разрыве передней крестообразной связки вызывают артрогенное мышечное торможение, модифицируя активность спинальных и надсегментарных структур, что приводит к снижению сократительной способности мускулатуры через модуляцию кортикальных механизмов. Недостаточное внимание к дисфункциональным изменениям квадрицепса способствует формированию стойкой мышечной гипотрофии, повышая вероятность повторных повреждений и дегенеративных изменений сустава [10]. Мышечное торможение артрогенного характера, возникающее при повреждении структур двигательного сегмента существенно влияет на активность мышечного секретома. Мониторинг концентрации миокинов в системном кровотоке после травм позволяет глубже понять механизмы регенерации соединительнотканных структур, их взаимосвязь с нейроэндокринными и иммунными процессами, особенности метаболических и морфофункциональных изменений в период деструкции и восстановления тканей.

Цель исследования – анализ направленности изменений содержания миокинов в периферической крови пациентов с артрогенным мышечным торможением вследствие травматического повреждения передней крестообразной связки коленного сустава.

Материалы и методы

В клиническом исследовании участвовали пятьдесят восемь спортсменов-мужчин (средний возраст обследуемых 35,2±2,3 года), специализирующихся на аэробных дисциплинах с повреждением передней крестообразной связки, давностью до четырех месяцев (диагноз по МКБ-10 S83.5). Пациенты поступили в травматологическое отделение Челябинской областной клинической больницы для проведения реконструктивной операции. Диагноз подтверждался на основании проведение тестов Лахмана, определении симптома переднего выдвижного ящика при сгибании под углом 90 градусов, рентгенографическим обследованием. Электромиографическая диагностика четырехглавой мышцы бедра поврежденной конечности выполнялась на аппарате Viking Quest производства Nicolet (США) с регистрацией суммарной поверхностной электромиограммы при максимальном произвольном мышечном сокращении с определением среднеквадратичной амплитуды в микровольтах. Результаты электромиографического исследования позволили распределить пациентов на две группы: двадцать восемь человек с артрогенным мышечным торможением и тридцать без данного феномена. Контрольные показатели были получены при обследовании двенадцати здоровых мужчин, средний возраст которых составил 34,2±2,4 года.

Забор венозной крови у пациентов осуществлялся при госпитализации, утром строго натощак. Определение сывороточной концентрации IL-6 проводилось методом иммуноферментного анализа с применением реагентов производства АО «Вектор-Бест» (г. Новосибирск), длина волны 450 нм, диапазон измерений составлял 0-300 пг/ мл. Количественная оценка содержания трансформирующего фактора роста – β, декорина и миостатина выполнялась с использованием диагностических наборов Cloud-Clone Corp. (КНР). Определение концентрации VEGF производилось посредством тест-системы производства ЗАО «БиоХимМак».

Статистическую обработку полученных результатов выполняли посредством программного обеспечения Statistica версии 10.0, StatSoft Inc. (США). Анализировались медианные значения (Me) совместно с интерквартильным размахом (Q_0,25-Q_Q,75). Межгрупповой анализ осуществлялся при попощи непараметрического критерия Манна–Уитни, с статистической значимостью различий при p ≤ 0,02 учитывая поправку Бонферрони.

Результаты и обсуждение

Рисунок 1 демонстрирует уровни некоторых миокинов в крои пациентов с травмой ПКС при наличии и отсутствии феномена АМТ.

 

 

Рисунок 1. Уровни миокинов при травме ПКС с наличием феномена АМТ

Figure 1. Myokine levels in ACL injury with the presence of the AMT phenomenon

 

По результатам исследования пациентов с травмой ПКС и наличием феномена АМТ установлено значимое снижение концентраций IL-6, наиболее изученного представителя мышечного секретома, а также трансформирующего фактора роста β и протеогликана – декорина в крови. Во всех группах уровень IL-6 в крови не выходил за диапазон референсных значений, характерных для данной возрастно-половой когорты. Напротив, концентрации вазоформного цитокина VEGF и миостатина (MSTN), относящихся наряду с TGF-β к группе факторов роста, оказались значимо высокими в сравнении с показателями пациентов с травмой ПКС, но не имеющих феномена АМТ. Уровень TNFα в крови пациентов с травмой ПКС в обеих изучаемых группах пациентов с ПКС не имел значимых различий между собой и группой здоровых лиц.

Известно, что гипокинезия приводит к снижению уровня IL-6 в крови и мышечной ткани, напротив, физическая активность стимулирует его выработку в мышцах [9]. Роль IL-6 не ограничивается участием в острофазовом воспалительном ответе, а повышающая регуляция его концентрации в допустимом физиологическом диапазоне способствует обеспечению активно функционирующих мышц набором энергосубстратов [5]. Наглядным примером может служить IL-6-зависимая активация гликогенолиза в гепатоцитах с параллельным увеличением экспрессии на гепатоцитах и миоцитах транспортера глюкозы 4 типа [2]. Несмотря на то, что нами не зарегистрировано изменений концентрации TNFα при феномене АМТ, имеются данные о синергичном модулирующем взаимодействии TNFα и IL-10, IL-8 на процессы миогенеза. В отношении TGF-β хорошо известно его участие в процессах восстановления, активируя цепочку сигнальных путей, а именно, Smad-белки, Erk1/2, JNK и p38, PI3K, а также через усиление экспрессии VEGF [7]. Снижение VEGF у пациентов с наличием феномена АМТ может отражать отсутствие стимулирующих васкулогенез стимулов при развитии вынужденной гипокинезии. В то же время, экспериментально показано, что VEGF запускает пролиферацию клеток эндотелия кровеносных и лимфатических сосудов в поврежденных тканях на этапе репарации [3].

Миостатин, являющийся членом суперсемейства трансформирующих факторов роста β (TGF-β), является отрицательным регулятором миогенеза, следовательно, его повышение в крови пациентов с наличием гипокинезии артрогенного происхождения может быть закономерным следствием секреторной активности клеток-продуцентов.

Сывороточные концентрации декорина – протеогликана, в подгруппе пациентов с феноменом АМТ имели значимо низкие значения в сравнении с остальными группами. Вынужденное снижение мышечной активности пациентов, приводящее к возникновению реципрокных отношений с миостатином, может быть обусловлено, в том числе, и снижением концентрации декорина, обладающего кроме того антифибротическими, противовоспалительными, антиоксидантными и антиангиогенными свойствами [4].

Выводы

Изменение концентрации миокинов в периферической крови при травматическом повреждении капсульно-связочного аппарата коленного сустава наглядно демонстрируют вовлеченность мышечного секретома в процессы травматического повреждения тканей и формирование феномена артрогенного мышечного торможения.

About the authors

Rustam R. Akhmetyanov

Chelyabinsk Regional Clinical Hospital; South Ural State Medical University

Author for correspondence.
Email: lfksar@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-0074-052X

Traumatologist-Orthopedist, Department of Traumatology and Orthopedics, Applicant, Department of Medical Rehabilitation and Sports Medicine

Russian Federation, 70 Vorovsky St, Chelyabinsk, 454048; Chelyabinsk

Artur R. Sabiryanov

South Ural State Medical University

Email: lfksar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7730-4393

PhD, MD (Medicine), Professor, Head, Department of Medical Rehabilitation and Sports Medicine

Russian Federation, Chelyabinsk

References

Supplementary files