Павловская Е.А.. Морфофункциональные предпосылки развития повреждений плечевого сустава у собак
.pdfНа правах рукописи
ПАВЛОВСКАЯ Екатерина Андреевна
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗВИТИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПЛЕЧЕВОГО СУСТАВА У СОБАК
06.02.01– диагностика болезней и терапия животных, патология, онкология
иморфология животных
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва 2013
2
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина» (ФГБОУ ВПО МГАВМиБ).
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор, Слесаренко Наталья Анатольевна
Официальные оппоненты:
Матвейчук Игорь Васильевич - доктор биологических наук, профессор, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений» РАСХН, руководитель научно-исследовательского центра медицинских биотехнологий ВИЛАР.
Ватников Юрий Анатольевич - доктор ветеринарных наук, профессор, ГОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», заведующий кафедрой клинической ветеринарии.
Ведущая организация:
ФГБОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина».
Защита диссертации состоится «9» октября 2013 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.042.02 при ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина» по адресу: 109472, г. Москва, ул. Академика Скрябина, 23; тел. (495)377-93-83.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина».
Автореферат разослан «____» _________________ 2013 года и размещен на сайте http://www.vak2.ed.gov.ru.
Ученый секретарь |
|
диссертационного совета |
Сотникова Л.Ф. |
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Изучение закономерностей структурной организации суставов большой подвижности и их адаптивно-компенсаторных преобразований в норме и при патологии представляет одну из актуальных проблем клинической мор-
фологии и ветеринарной медицины. Вопросам изучения функциональной анатомии плечевого сустава у собак посвящены немногочисленные публикации отечественных и зарубежных авторов (Н.А. Слесаренко, Н.В. Бабичева, Е.С. Дурткаринова, 2000;
Борисов М.С., 1998; В.М. Чепой, 1990; Dalinka, Kricun, Zlatkin, 1989; S. Dyson, 2007, A.L. Osterman, 1991; K. Schulz, 2005). Имеются сведения о строении хрящевого по-
крытия сустава (В.П. Павлова, Т.П. Копьева, Л.И. Слуцкий, Г.Г. Павлов, 1988; А.
Хэм, 1983, H.M. Frost, 1990; N.P. Omelianyanko, 1991, 1995). Однако до настоящего времени практически не изучен вопрос структурного хондрогенеза в различных уча-
стках суставной поверхности, испытывающую неодинаковую биомеханическую на-
грузку; особенности строения капсулы, связь сустава с топографически сопряжен-
ными органами. Отсутствуют сведения о возрастных цитоморфологических преоб-
разованиях, происходящих в суставе в норме и при патологии, не разработаны по-
родные и возрастные критерии оценки структурно-функционального состояния пле-
че-лопаточного сочленения у собак, позволяющие достоверно дифференцировать патологические и инволютивные изменения в различных тканях сустава. Вместе с тем, эти данные могут иметь важное прикладное значение в постановке диагноза,
выборе дальнейшего рационального метода лечения животных с различными пато-
логиями указанного сочленения, а также в совершенствовании селекционно-
племенной работы в области кинологии.
Цель исследования: представить морфофункциональную характеристику пле-
чевого сустава у собак как единой биомеханической системы и на этом основании установить факторы риска его повреждений.
Задачи исследования:
1.Изучить морфологические характеристики плече-лопаточного сочленения у собак и выявить общие закономерности и породные особенности его строения.
2.Установить структурные взаимосвязи органов костной и сухожильно-
мышечной систем сустава на органном и тканевом уровнях.
3. Определить зоны наименьшей устойчивости структур плечевого сустава.
4
4.Установить морфологические, биомеханические, рентгенографические, ультразвуковые и артроскопические показатели компонентов плечевого сустава собачьих
впостнатальном онтогенезе.
5.Представить алгоритм оценки структурно-функционального состояния плечевого сустава и диагностики его повреждений.
Научная новизна. Разработан научно обоснованный подход к комплексной оценке структурно-функционального состояния плечевого сустава, основанный на анатомических, гистологических, морфометрических, биомеханических, рентгенографических, ультразвуковых и артроскопических показателях, позволяющих выявлять факторы риска его повреждений. Установлено, что структурное оформление хрящевой пластины головки плечевой кости и суставной впадины лопатки определяется возрастом и породной принадлежностью животного. На основании морфо-
биомеханических и рентгенографических исследований установлены зоны наименьшей устойчивости хрящевого покрытия сочленяющихся костей, капсулы, сухожилий и связок плечевого сустава, вовлекающиеся в патологический процесс при функциональных перегрузках. Разработан алгоритм диагностики повреждений плечевого сустава у собак. Новизна полученных результатов подтверждена охраноспособным документом (Решение о выдаче патента № 2011153311).
Теоретическая и практическая значимость. На основании использования комплексного методического подхода разработана концепция о плечевом суставе как единой биомеханической системе, составляющие которой взаимосвязаны в структурном и функциональном отношении. Выявлены биомеханические, морфологические, рентгенографические особенности плече-лопаточного сочленения у собак в постнатальном онтогенезе. Установлены структурные преобразования компонентов плечевого сустава у собак, по сравнению с волком. Выявлены активные и пассивные стабилизаторы плечевого сустава у собак, а также морфофункциональные факторы, предрасполагающие к возникновению его патологий. Установленные структурно-
биомеханические показатели плечевого сустава могут являться базой для расшифровки патогенеза его повреждений, разработки объективных методов диагностики и лечебной коррекции.
5
Сведения о практическом использовании научных результатов.
Полученные данные используются при чтении лекций и проведении лаборатор-
но-практических занятий на кафедре хирургии, акушерства и организации ветери-
нарного дела ФГБОУ ВПО "Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина", а также на кафедре клинической ветеринарии аг-
рарного факультета ФГБОУ ВПО "Российский университет дружбы народов". Раз-
работанные в результате научных исследований данные внедрены в практическую деятельность Центра травматологии животных СББЖ САО г. Москвы.
Апробация и публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 5 работ, из них 3 в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Основные положения работы были доложены на конкурсе «Молодые новаторы аграрной Рос-
сии» (Москва, 2010), Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации в номинации «Ветеринарные науки»
(Белгород, 2011, Ставрополь, 2011) , XI Конгрессе международной ассоциации мор-
фологов (Самара, 2012).
Положения, выносимые на защиту:
1.Морфологические, морфометрические, биомеханические, рентгенографиче-
ские, ультразвуковые, артроскопические показатели компонентов плечевого сустава
- объективные критерии для научно обоснованного подхода к оценке его структур-
но-функционального состояния.
2.Особенности морфологии компонентов плечевого сустава в зависимости от породной принадлежности животных.
3.Топические особенности хрящевого покрытия, регламентируемые возрас-
том, породой животного.
4.Роль пассивных и активных механизмов, а также вспомогательных приспо-
соблений мышечной системы области плеча в поддержании стабильности сочлене-
ния и корректировании возможности прогрессирования патологического процесса.
5. Зоны наименьшей устойчивости плечевого сустава - участки, завершающие свое развитие на ранних этапах постнатального онтогенеза.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 120 страницах машино-
писного текста и включает разделы: введение, обзор литературы, материалы и мето-
6
ды исследования, собственные исследования, обсуждение полученных результатов,
выводы, практические предложения, библиографический список. Работа содержит 5
таблиц и 61 рисунок. Библиографический список включает в себя 149 наименований: 84 иностранных и 65 отечественных авторов.
СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалы и методы исследования
Исследования были выполнены на базе кафедры анатомии и гистологии живот-
ных имени профессора А.Ф. Климова ФБГОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И.Скрябина» в период с
2009 по 2013 год. Объектом настоящего исследования послужили собаки и кадавер-
ный материал от гигантских пород (немецкий дог, среднеазиатская овчарка абори-
генного происхождения (алабай), кавказская овчарка), крупных пород (русская псо-
вая борзая, хортая борзая, доберман), средних (немецкая овчарка, метис немецкой овчарки), а также волки, полученные из охотохозяйств Тверской области. Всего изу-
чено 49 особей в возрастном диапазоне от рождения до 15 лет.
Таблица 1. Объем проведенных исследований
Вид животного |
Пол |
Анатомическое препарирование |
Обзорная рентгенография |
Контрастная рентгенография |
Артроскопия |
Ультразвуковое исследование |
Световая микроскопия гистологических срезов |
Макроскопическая морфометрия |
Микроскопическая морфометрия |
Клинические методы исследования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Собаки |
Самцы |
17 |
16 |
6 |
3 |
3 |
17 |
17 |
17 |
6 |
|
Самки |
12 |
9 |
5 |
2 |
3 |
12 |
12 |
12 |
5 |
Волк |
Самцы |
5 |
4 |
2 |
|
|
5 |
5 |
5 |
|
|
Самки |
4 |
3 |
2 |
|
|
4 |
4 |
4 |
|
Итого: |
|
38 |
32 |
15 |
5 |
6 |
38 |
38 |
38 |
11 |
Для изучения структурно-функциональных особенностей плечевого сустава как органа использовали комплексный методический подход, включающий: биомехани-
ческий анализ механизма подвижности плечевого сустава, анатомическое макро- и
микропрепарирование под контролем бинокулярной лупы с последующим описани-
7
ем и функциональным анализом изучаемых структур, клинические методы, обзорную и контрастную рентгенографию, ультразвуковое исследование, артроскопию, морфометрию, световую микроскопию гистологических срезов и статистическую обработку полученных цифровых данных.
При проведении морфометрии определяли длину, ширину и высоту сустава, плотность суставной губы, длину, ширину и степень кривизны плечевой кости с использованием линейки. Осуществляли морфометрию плечевой кости и лопатки, а также их суставных поверхностей по трем секторам – краниальному, медиальному и каудальному по разработанной нами методике (Решение о выдаче патента № 2011153311).
Рентгенографию выполняли с использованием палатного аппарата Siemens Polymobil plus, кассет типа Kodak. Сила тока 12,5 миллиампер, экспозиция 3 секунды и напряжение 57 киловольт. Рентгеновскую пленку помещали в кассету 30х40 см. с усиливающим экраном. Расстояние до снимаемого объекта составляло 60 см. УЗИ осуществляли с использованием ультразвукового сканера Tones cape A6 и высокочастотного линейного датчика 8-12 МГц. Предварительно выбривали волосяной покров животного, смазывали кожу 75% этиловым спиртом и для усиления сигнала на исследуемую область наносили акустический гель. Для артроскопических исследований применяли инструмент фирмы KARL STORZ. Наполняли сустав изотоническим раствором натрия хлорида, в процессе операции проводили непрерывное промывание сустава данным раствором. Использовали артроскоп с диаметром 2,4мм,
углом наклона 30°. При артроскопии для обеспечения седативного эффекта животным вводили препараты Zoletil 100 в дозе 10 мг/кг и «Ксила» в дозе 0,15 мл на 1 кг живой массы с использованием устройства для закрепления внутривенной канюли у животных (Пат. на полезную модель №128485).
Светомикроскопическим исследования подвергали свежеизвлеченные образцы суставного хряща головки плечевой кости и суставной впадины лопатки, а также суставной капсулы, сопряженных связок и мышц. Отобранный материал фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина. После фиксации образцы промывали водопроводной водой в течение 24 часов, обезвоживали в ряде спиртов возрастающей крепости (от 60° до 100°) и заливали в парафин-воск. Серийные парафиновые срезы толщиной в 7 - 10 мкм изготавливали на универсальном автоматизированном
8
микротоме HM-360 фирмы “Mikron” (Германия). Микроморфометрию структур осуществляли с использованием микроскопа "Nikon" с помощью сертифицирован-
ной программы “Image Scope S”. Макрофотосъемку плечевого сустава животных осуществляли цифровой камерой «Canon Power Shot A 620».
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Макроморфология области плечевого сустава
Известно, что длина плечевой кости и лопатки играет важную роль в биомехани-
ке статико-локомоторного акта животного. Принято считать, что длина лопатки и плечевой кости должны соответствовать друг другу (Н.А. Слесаренко, Н.В. Бабиче-
ва, Е.С. Дурткаринова, 2000; Дмитриева Т.А., 2007). Уменьшение длины лопатки увеличивает угол ее наклона и угол плечевого сустава, что сокращает длину шага.
Увеличение длины лопатки уменьшает угол ее наклона и угол плечевого сустава, это удлиняет шаг и приводит к быстрой утомляемости животного. Среди исследованных нами пород увеличение длины лопатки установлено у 7 из 9 немецких овчарок, что составляет 77,8%. Нельзя исключить, что данный факт связан с динамическим сте-
реотипом этих пород, детерминированным генетически, в отличие от волков и бор-
зых, для которых оптимальная длина шага является основой для реализации продук-
тивных движений на быстрых аллюрах. У зрелых особей собак породы немецкая,
кавказская овчарка с максимальным показателем индекса кривизны плечевой кости выявлены дефекты хрящевого покрытия плечевой кости и суставной поверхности лопатки (Таблица 2). Так, у немецкой овчарки – увеличение степени кривизны пле-
чевой кости на 14,3%, (степень кривизны – 0,27), у кавказской – 7,6% (степень кри-
визны – 0,26) по сравнению с волком (0,24). У русской псовой борзой наоборот от-
мечали уменьшение степени кривизны плечевой кости на 7, 9% (степень кривизны –
0,22, у хортой борзой – на 4,6% (степень кривизны – 0,23) по сравнению с волком -
эталоном строения данного сочленения. Таким образом, можно сделать вывод о том,
что увеличение индекса кривизны плечевой кости нарушает естественную биомеха-
нику сочленения и предрасполагает к возникновению патологий. Уменьшение ра-
диуса кривизны у собак скоростного биомеханического типа не приводит к возник-
новению и развитию артропатий.
9
Таблица 2. Степень кривизны плечевой кости собак по породной принадлежности
|
Длина плечевой |
Ширина плечевой |
Степень кривизны пле- |
|
Порода |
чевой кости (отношение |
|||
|
кости, см |
кости, см |
ширины к длине) |
|
|
|
|
||
Волк |
22,30±1,20 |
5,30±0,40 |
0,24 |
|
Доберман |
20,70±1,40 |
5,00±0,60 |
0,24 |
|
Кавказская овчарка |
22,90±2,10 |
5,80±0,70 |
0,25 |
|
Немецкая овчарка |
19,00±3,80 |
5,15±0,50 |
0,27 |
|
Немецкий дог |
27,40±1,50 |
6,9±0,40 |
0,25 |
|
Русская псовая |
24,23±0,80 |
5,1±0,10 |
0,21 |
|
борзая |
||||
|
|
|
||
Среднеазиатская |
25,60±1,80 |
6,3±0,60 |
0,25 |
|
овчарка |
||||
|
|
|
||
Хортая борзая |
19,85±0,50 |
4,5±0,10 |
0,23 |
Различия между сравниваемыми величинами достоверны (Р≤0,05).
При изучении рельефа суставной поверхности сочленяющихся костей у волка как эквивалента нормы строения сустава у псовых установлено, что поверхность ям-
ки суставной впадины лопатки гладкая, вогнутая, овальная по контуру, в кранио-
латеральной части несет суженный выступ. Центральная область поверхности харак-
теризуется наименьшим саггитальным радиусом кривизны. От нее радиусы плавно возрастают в кранио-каудальном направлении, достигая на выступе максимальных значений. Головка плечевой кости каплеобразной формы, с краниальным расшире-
нием. Радиус кривизны ее суставной поверхности в каудо-краниальном направлении плавно увеличивается (Таблица 3).
У русской псовой и хортой борзых краниальный радиус лопатки значительно превосходит центральный в то время как центральный радиус уступает каудальному.
Радиус кривизны головки плечевой кости, как и у волка постепенно возрастает от каудального к краниальному радиусам. У немецкой овчарки краниальный радиус суставной поверхности лопатки приближается по своим значениям к каудальному, в
то время как центральный ему значительно уступает. Краниальный радиус головки плечевой кости минимален по своим морфометрическим показателям, его увеличе-
ние обнаружено по направлению к центральному радиусу, где он максимален, сни-
жение степени кривизны выявлено в каудальном радиусе (табл. 3). Обнаруженные структурные преобразования макроморфологии головки плечевой кости, несомнен-
но, могут сопровождаться изменением биомеханики сочленения, что подтверждается проведенными нами биомеханическими исследованиями.
10
Таблица 3. Радиусы кривизны суставных поверхностей плечевого сустава
Вид/ Порода |
|
Лопатка |
|
Плечевая кость |
||
Краниальный радиус, мм |
Централь ный радиус, мм |
Каудальный радиус, мм |
Краниальный радиус, мм |
Централь ный радиус, мм |
Каудальный радиус, мм |
|
Волк |
35±3 |
18±1 |
24±2 |
25±2 |
23±1 |
20±1 |
Доберман |
34±3 |
18±1 |
25±2 |
24±2 |
22±1 |
19±1 |
Кавказская |
35±3 |
19±1 |
29±3 |
19±1 |
24±2 |
22±2 |
овчарка |
|
|
|
|
|
|
Немецкая ов- |
28±2 |
15±1 |
26±3 |
16±2 |
21±3 |
20±3 |
чарка |
|
|
|
|
|
|
Немецкий |
36±4 |
26±2 |
29±2 |
29±3 |
25±2 |
22±2 |
дог |
|
|
|
|
|
|
Русская псо- |
33±3 |
17±1 |
23±3 |
20±1 |
17±2 |
15±1 |
вая борзая |
|
|
|
|
|
|
Среднеазиат- |
20±2 |
14±1 |
26±3 |
28±3 |
26±2 |
22±3 |
ская овчарка |
|
|
|
|
|
|
Хортая бор- |
35±4 |
17±1 |
26±2 |
24±2 |
18±1 |
16±1 |
зая |
|
|
|
|
|
|
Различия между сравниваемыми величинами достоверны (Р≤0,05).
При моделировании флексорно-экстензорных движений в плечевом суставе у со-
бак породы немецкая овчарка выявлена в 70% случаев его тугоподвижность и огра-
ничение движений на угол до 30°, что инициирует травмирование суставной впади-
ны лопатки головкой плечевой кости и вследствие этого повреждение суставного хряща, субхондральной кости, а также стабилизирующих связок.
Порядковый номер группы измерений
Рис. 1. Показатели радиусов кривизны суставных поверхностей
плечевого сустава, мм.