inovmedИнновационная медицина КубаниInnovative Medicine of Kuban2541-9897Scientific Research Institute – Ochapovsky Regional Clinical Hospital No. 110.35401/2541-9897-2024-9-4-77-84inovmed-990Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯЕXPERIMENTAL RESEARCHМоделирование заживления внутрисуставного перелома длинных трубчатых костей у крысModeling of Healing of Intra-Articular Fractures of Long Tubular Bones in Ratshttps://orcid.org/0000-0002-3808-8832ЗиновкинД. А.ZinovkinD. A.

Зиновкин Дмитрий Александрович - к. б. н., доцент, доцент кафедры патологической анатомии.

246000, Гомель, ул. Ланге, 5

Dmitry A. Zinovkin - Cand. Sci. (Bio.), Associate Professor, Associate Professor at the Department of Anatomical Pathology, Gomel State Medical University.

ulitsa Lange 5, Gomel, 246000

zinovkin_da@gsmu.byhttps://orcid.org/0000-0001-9886-7216НиколаевВ. И.NikolaevV. I.

Николаев Владимир Иванович - к. м. н., доцент, доцент кафедры травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии.

Гомель

Vladimir I. Nikolaev - Cand. Sci. (Med.), Associate Professor, Associate Professor at the Department of Traumatology, Orthopedics and Military Surgery, Gomel State Medical University.

Gomel

https://orcid.org/0000-0002-4854-1717ЧуешоваН. В.ChueshovaN. V.

Чуешова Наталья Владимировна - к. б. н., заведующий отделом устойчивости биологических систем.

Гомель

Natallya V. Chueshova - Cand. Sci. (Bio.), Head of the Department of Stability of Biological Systems, Institute of Radiobiology of the National Academy of Sciences of Belarus.

Gomel

https://orcid.org/0000-0001-5016-6664ВеялкинаН. Н.VeyalkinaN. N.

Веялкина Наталья Николаевна - к. б. н., ученый секретарь.

Гомель

Nataliya N. Veyalkina - Cand. Sci. (Bio.), Scientific Secretary, Republican Scientific and Practical Center for Radiation Medicine and Human Ecology.

Gomel

https://orcid.org/0000-0002-8550-9898ИгнатенкоП. Ю.IgnatenkoP. Yu.

Игнатенко Павел Юрьевич - ассистент кафедры травматологии, ортопедии, военно-полевой хирургии.

Гомель

Pavel Yu. Ignatenko - Assistant Professor at the Department of Traumatology, Orthopedics and Military Surgery, Gomel State Medical University.

Gomel

https://orcid.org/0009-0001-4484-3283МалюковВ. В.MalyukovV. V.

Малюков Вадим Валерьевич - врач травматолог-ортопед.

Гомель

Vadim V. Malyukov - Traumatologist-Orthopedist, Gomel City Clinical Hospital No. 1.

Gomel

https://orcid.org/0000-0002-6164-6281ПранджолМ. З.И.PranjolM. Z.I.

Пранджол Миди Захидул Ислам - PhD, старший преподаватель, заместитель руководителя Школы естественных наук.

Брайтон

Md Zahidul I. Pranjol - PhD, Senior Lecturer, Deputy Head of School of Life Sciences, University of Sussex.

Brighton

https://orcid.org/0000-0002-3513-5787ЗиновкинаЕ. С.ZinovkinaE. S.

Зиновкина Екатерина Сергеевна - врач-рентгенолог.

Гомель

Ekaterina S. Zinovkina - Radiologist, Gomel City Clinical Hospital No. 1.

Gomel

Гомельский государственный медицинский университетБеларусьGomel State Medical UniversityBelarusИнститут радиобиологии НАН БеларусиБеларусьInstitute of Radiobiology of the National Academy of Sciences of BelarusBelarusРеспубликанский научно-практический центр радиационной медицины и экологии человекаБеларусьRepublican Scientific and Practical Center for Radiation Medicine and Human EcologyBelarusГомельская городская клиническая больница № 1БеларусьGomel City Clinical Hospital No. 1BelarusУниверситет СассексаВеликобританияUniversity of SussexUnited Kingdom202430122024047784Copyright © Зиновкин Д.А., Николаев В.И., Чуешова Н.В., Веялкина Н.Н., Игнатенко П.Ю., Малюков В.В., Пранджол М.З., Зиновкина Е.С., 20242024Зиновкин Д.А., Николаев В.И., Чуешова Н.В., Веялкина Н.Н., Игнатенко П.Ю., Малюков В.В., Пранджол М.З., Зиновкина Е.С.Zinovkin D.A., Nikolaev V.I., Chueshova N.V., Veyalkina N.N., Ignatenko P.Y., Malyukov V.V., Pranjol M.Z., Zinovkina E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.innovmedkub.ru/jour/article/view/990Актуальность

Актуальность: В статье представлен новый оригинальный способ моделирования внутрисуставного перелома длинной трубчатой кости у лабораторных животных.

Цель исследования

Цель исследования: Создать новую экспериментальную модель внутрисуставного перелома длинной трубчатой кости и апробировать ее для комплексной оценки морфофункциональных параметров течения репарации хряща и кости.

Материалы и методы

Материалы и методы: Эксперимент проведен на 30 белых половозрелых крысах линии Wistar. Моделирование включало: вскрытие коленного сустава путем послойного рассечения тканей по переднемедиальной поверхности, далее остроконечной Г-образной рабочей частью инструмента со сторонами 0,2 × 0,2 см с незначительным однократным мышечным усилием перпендикулярно медиальному мыщелку проводилось формирование незавершенного перелома медиального мыщелка бедренной кости. Животные выводились из эксперимента по 10 особей на 7-, 14-, 30-е сут. Проводилось рентгенологическое исследование коленного сустава, определение уровней остеокальцина и BMP7 крови. Гистологические изменения суставного хряща оценивали на основании шкалы Mankin. Сравнение групп проводилось с использованием теста Краскела-Уоллиса. Статистически значимыми считали различия при р<0,05.

Результаты

Результаты: При сравнении групп по Mankin отмечались статистически значимые различия (р<0,0001). Post-hoc тест выявил статистически значимые различия по баллам Mankin между 7 и 14 сут. (р=0,014), а также 7 и 30 сут. (р<0,0001). Уровень остеокальцина крови не имел статистически значимых различий (р=0,518) при сравнении групп. В то же время отмечались статистически значимые различия (р=0,0028) между исследуемыми группами по уровню BMP7 крови. Post-hoc тест выявил статистический значимые различия по уровню BMP7 в крови между 7 и 14 сут. (р=0,048), а также 14 и 30 сут. (р=0,0195).

Заключение

Заключение: Разработанная экспериментальная модель внутрисуставного перелома длинных трубчатых костей позволяет комплексно оценить репаративные процессы хрящевой и костной ткани и приблизить модель к реальному механизму развития патологического процесса. После моделирования внутрисуставного перелома у крысы имелись дегенеративные изменения, характерные для посттравматического остеоартрита.

Background

Background: We present a new original method of modeling an intra-articular fracture of the long tubular bone in laboratory animals.

Objective

Objective: To create a new experimental model of an intra-articular fracture of the long tubular bone and to approve it for comprehensive evaluation of morphofunctional parameters of cartilage and bone healing.

Materials and methods

Materials and methods: The experiment was performed on 30 white sexually mature Wistar rats. Modeling involved layer-by-layer dissection of tissues along the anteromedial surface and formation of an incomplete fracture of the femoral medial condyle using a sharp L-shaped working end of an 0.2 × 0.2 сm instrument perpendicular to the medial condyle with a slight single muscle force. The rats were euthanized in groups of 10 animals on days 7, 14, and 30. We performed knee radiography and determined blood osteocalcin and BMP-7 levels. The Mankin score was used in the histological evaluation of the articular cartilage changes. The groups were compared using the Kruskal-Wallis test. P < .05 was considered statistically significant.

Results

Results: We noted statistically significant differences (P < .0001) when comparing the groups using the Mankin score. The post hoc test revealed statistically significant differences in the Mankin scores between days 7 and 14 (P = .014) and between days 7 and 30 (P < .0001). Group comparisons showed no statistically significant differences in blood osteocalcin levels (P = .518). However, there were statistically significant differences (P = .0028) between the groups in blood BMP-7 levels. The post hoc test revealed statistically significant differences in blood BMP-7 levels between days 7 and 14 (P = .048) and between days 14 and 30 (P = .0195).

Conclusions

Conclusions: The developed experimental model of intra-articular fractures of long tubular bones allows for a comprehensive assessment of reparative processes of cartilage and bone tissue. The model is close to the real mechanism of pathology development.

внутрисуставной переломэкспериментальная модельлабораторные крысыхрящсубхондральная костьintra-articular fractureexperimental modellaboratory ratscartilagesubchondral boneReferencesPleskachevsky YuM, Shako SV, Ermakov SF. Methods of wear reduction based on bioprototypes of Tribojoints. Journal of Synthetic Lubrication. 2005;22(3):225–236. https://doi.org/10.1002/jsl.2005.22.3.225Pleskachevsky YuM, Shako SV, Ermakov SF. Methods of wear reduction based on bioprototypes of Tribojoints. Journal of Synthetic Lubrication. 2005;22(3):225–236. https://doi.org/10.1002/jsl.2005.22.3.225Тихилов Р.М., Фомин Н.Ф., Корышков Н.А., Емельянов В.Г., Привалов А.М. Современные аспекты лечения последствий переломов костей заднего отдела стопы. Травматология и ортопедия России. 2009;(2):144–149.Tikhilov RM, Fomin NF, Koryshkov NA, Emelyanov VG, Privalov AM. Current aspects of treatment of hindfoot fracture complications. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2009;52 (2):144–149. (In Russ.).Mankar SH, Golhar AV, Shukla M, Badwaik PS, Faizan M, Kalkotwar S. Outcome of complex tibial plateau fractures treated with external fixator. Indian J Orthop. 2012;46(5):570–574. PMID: 23162152. PMCID: PMC3491793. https://doi.org/10.4103/0019-5413.101041Mankar SH, Golhar AV, Shukla M, Badwaik PS, Faizan M, Kalkotwar S. Outcome of complex tibial plateau fractures treated with external fixator. Indian J Orthop. 2012;46(5):570–574. PMID: 23162152. PMCID: PMC3491793. https://doi.org/10.4103/0019-5413.101041Rohra N, Suri HS, Gangrade K. Functional and radiological outcome of Schatzker type V and VI tibial plateau fracture treatment with dual plates with minimum 3 years follow-up: a prospective study. J Clin Diagn Res. 2016;10(5):RC05–RC10. PMID: 27437315. PMCID: PMC4948491. https://doi.org/10.7860/JCDR/2016/18732.7855Rohra N, Suri HS, Gangrade K. Functional and radiological outcome of Schatzker type V and VI tibial plateau fracture treatment with dual plates with minimum 3 years follow-up: a prospective study. J Clin Diagn Res. 2016;10(5):RC05–RC10. PMID: 27437315. PMCID: PMC4948491. https://doi.org/10.7860/JCDR/2016/18732.7855Schatzker J, Tile M. The Rationale of Operative Fracture Care. Springer; 2005:33–43.Schatzker J, Tile M. The Rationale of Operative Fracture Care. Springer; 2005:33–43.Кутепов С.М., Гилев М.В., Антониади Ю.В. Осложнения при хирургическом лечении внутрисуставных переломов проксимального отдела большеберцовой кости. Гений ортопедии. 2013;(3):9–12.Kutepov SM, Gilev MV, Antoniadi IV. Complications in surgical treatment of intra-articular proximal tibial fractures. Genij ortopedii. 2013;(3):9–12. (In Russ.).Rajan GP, Fornaro J, Trentz O, Zellweger R. Cancellous allograft versus autologous bone grafting for repair of comminuted distal radius fractures: a prospective, randomized trial. J Trauma. 2006;60(6):1322–1329. PMID: 16766978. https://doi.org/10.1097/01.ta.0000195977.18035.40Rajan GP, Fornaro J, Trentz O, Zellweger R. Cancellous allograft versus autologous bone grafting for repair of comminuted distal radius fractures: a prospective, randomized trial. J Trauma. 2006;60(6):1322–1329. PMID: 16766978. https://doi.org/10.1097/01.ta.0000195977.18035.40Гилёв М.В. Хирургическое лечение внутрисуставных переломов проксимального отдела большеберцовой кости. Гений ортопедии. 2014;(1):75–81.Gilev MV. Surgical treatment of intraarticular tibial plateau fractures. Genij ortopedii. 2014;(1):75–81. (In Russ.).Федоров В.Г. Какой термин наиболее приемлем для описания эпиметафизарных переломов костей конечностей: «импрессионный перелом» или «компрессионный перелом»?. Гений ортопедии. 2014;(4):104–107.Fedorov VG. Which term is most suitable to describe epimetaphyseal fractures of limb bones: “impression fracture” or “compression fracture”?. Genij ortopedii. 2014;(4):104–107. (In Russ.).Goff MG, Lambers FM, Nguyen TM, Sung J, Rimnac CM, Hernandez CJ. Fatigue-induced microdamage in cancellous bone occurs distant from resorption cavities and trabecular surfaces. Bone. 2015;79:8–14. PMID: 26008609. PMCID: PMC4501884. https://doi.org/10.1016/j.bone.2015.05.020Goff MG, Lambers FM, Nguyen TM, Sung J, Rimnac CM, Hernandez CJ. Fatigue-induced microdamage in cancellous bone occurs distant from resorption cavities and trabecular surfaces. Bone. 2015;79:8–14. PMID: 26008609. PMCID: PMC4501884. https://doi.org/10.1016/j.bone.2015.05.020Lambers FM, Bouman AR, Tkachenko EV, Keaveny TM, Hernandez CJ. The effects of tensile-compressive loading mode and microarchitecture on microdamage in human vertebral cancellous bone. J Biomech. 2014;47(15):3605–3612. PMID: 25458150. PMCID: PMC4303531. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2014.10.011Lambers FM, Bouman AR, Tkachenko EV, Keaveny TM, Hernandez CJ. The effects of tensile-compressive loading mode and microarchitecture on microdamage in human vertebral cancellous bone. J Biomech. 2014;47(15):3605–3612. PMID: 25458150. PMCID: PMC4303531. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2014.10.011Мюллер М.Е., Алльговер М., Шнайдер Р., Виллингер Х. Руководство по внутреннему остеосинтезу : методика, рекомендованная группой АО (Швейцария). Королев А.В., пер. Ad Marginem; 1996.Müller ME, Allgöwer M, Schneider R, Willenegger H. Manual of Internal Fixation : Techniques Recommended by the AO Group. Korolev AV, trans. Ad Marginem; 1996. (In Russ.).Christiansen BA, Guilak F, Lockwood KA, et al. Non-invasive mouse models of post-traumatic osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2015;23(10):1627–1638. PMID: 26003950. PMCID: PMC4577460. https://doi.org/10.1016/j.joca.2015.05.009Christiansen BA, Guilak F, Lockwood KA, et al. Non-invasive mouse models of post-traumatic osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2015;23(10):1627–1638. PMID: 26003950. PMCID: PMC4577460. https://doi.org/10.1016/j.joca.2015.05.009Furman BD, Strand J, Hembree WC, Ward BD, Guilak F, Olson SA. Joint degeneration following closed intraarticular fracture in the mouse knee: a model of posttraumatic arthritis. J Orthop Res. 2007;25(5):578–592. PMID: 17266145. https://doi.org/10.1002/jor.20331Furman BD, Strand J, Hembree WC, Ward BD, Guilak F, Olson SA. Joint degeneration following closed intraarticular fracture in the mouse knee: a model of posttraumatic arthritis. J Orthop Res. 2007;25(5):578–592. PMID: 17266145. https://doi.org/10.1002/jor.20331Jiang L, Li H, Huang L. The efficacy of 3D Printing model in the intraarticular osteotomy in the treatment of malunion of tibial plateau fracture. Orthop Surg. 2023;15(1):85–92. PMID: 36373339. PMCID: PMC9837246. https://doi.org/10.1111/os.13554Jiang L, Li H, Huang L. The efficacy of 3D Printing model in the intraarticular osteotomy in the treatment of malunion of tibial plateau fracture. Orthop Surg. 2023;15(1):85–92. PMID: 36373339. PMCID: PMC9837246. https://doi.org/10.1111/os.13554Цыганцова С.И. Международно-правовая защита животных: проблемы и перспективы. Московский журнал международного права. 2021;(2):122–132. https://doi.org/10.24833/0869-0049-2021-2-122-132Tsygantsova SI. International legal protection of animals: problems and prospects. Moscow Journal of International Law. 2021;(2):122–132. (In Russ.). https://doi.org/10.24833/0869-0049-2021-2-122-132Henson FM, Bowe EA, Davies ME. Promotion of the intrinsic damage-repair response in articular cartilage by fibroblastic growth factor-2. Osteoarthritis Cartilage. 2005;13(6):537–544. PMID: 15922188. https://doi.org/10.1016/j.joca.2005.02.007Henson FM, Bowe EA, Davies ME. Promotion of the intrinsic damage-repair response in articular cartilage by fibroblastic growth factor-2. Osteoarthritis Cartilage. 2005;13(6):537–544. PMID: 15922188. https://doi.org/10.1016/j.joca.2005.02.007Третьяков А.А., Зиновкин Д.А., Карпенко Ф.Н., Потапнев М.П., Николаев В.И., Пранджол М.З.И. Патоморфологическая оценка эффективности внутрисуставного применения растворимых факторов тромбоцитов для лечения экспериментального остеоартрита. Гений ортопедии. 2024;30(1):90–98. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2024-30-1-90-98Tretyakov AA, Zinovkin DA, Karpenko FN, Potapnev MP, Nikolaev VI, Pranjol MZI. Pathomorphologic evaluation of intraarticular injections of soluble platelet-rich plasma for treatment of experimental osteoarthritis. Genij ortopedii. 2024;30(1):90–98. (In Russ.). https://doi.org/10.18019/1028-4427-2024-30-1-90-98Гилев М.В., Кутепов С.М., Волокитина Е.А., Антониади Ю.В., Кошелев В.С., Борисов С.А., Казакова Я.Е., Измоденова М.Ю., Липатов С.Г., авторы; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России), патентообладатель. Способ моделирования внутрисуставного импрессионного перелома проксимального отдела большеберцовой кости. Патент РФ № RU2669047C1. 05.10.2018Gilev MV, Kutepov SM, Volokitina EA, Antoniadi YuV, Koshelev VS, Borisov SA, Kazakova YaE, Izmodenova MYu, Lipatov SG, inventors; Federalnoe gosudarstvennoe byudzhetnoe obrazovatelnoe uchrezhdenie vysshego obrazovaniya “Uralskij gosudarstvennyj meditsinskij universitet” Ministerstva zdravookhraneniya Rossijskoj Federatsii (FGBOU VO UGMU Minzdrava Rossii), assignee. Modeling method of the intraarticular impression traction of proximal tibia. Russian Patent RU2669047C1. October 5, 2018.Мироманов А.М., Белинов Н.В., Намоконов Е.В., Гусев К.А., авторы; Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Читинская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации, патентообладатель. Способ моделирования субкапитального перелома бедренной кости. Патент РФ № RU2490721C1. 20.08.2013.Miromanov AM, Belinov NV, Namokonov EV, Gusev KA, inventors; Gosudarstvennoe bjudzhetnoe obrazovatel’noe uchrezhdenie vysshego professional’nogo obrazovanija Chitinskaja gosudarstvennaja meditsinskaja akademija Ministerstva zdravookhranenija i sotsial’nogo razvitija Rossijskoj Federatsii, assignee. Method for simulating subcapital femoral fracture. Russian Patent RU2490721C1. August 20, 2013.Третьяков А.А., Николаев В.И., Зиновкин Д.А. Способ экспериментального моделирования остеоартроза. Остеопороз и остеопатии. 2020;23(2):177–178.Tretyakov AA, Nikolaev VI, Zinovkin DA. Method for experimental modeling of osteoarthritis. Osteoporosis and Bone Diseases. 2020;23(2):177–178. (In Russ.).Божокин М.С., Божкова С.А., Нетылько Г.И., Наконечный Д.Г., Блинова М.И., Нащекина Ю.А. Результаты замещения поверхностного дефекта гиалинового хряща крысы клеточно-инженерной конструкцией в эксперименте. Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2018;(4):13–22. https://doi.org/10.17076/them815Bozhokin MS, Bozhkova SA, Netyl’ko GI, Nakonechnyj DG, Blinova MI, Nashchekina YuA. Experimental results of rat hyaline cartilage surface defect replacement with a cell engineering structure. Proceedings of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences. 2018;(4):13–22. (In Russ.). https://doi.org/10.17076/them815Корнева Ю.С., Борисенко М.Б. Значение инфрапателлярной жировой ткани в патогенезе остеоартрита коленного сустава: обзор зарубежной литературы. Травматология и ортопедия России. 2023;29(4):147–155. https://doi.org/10.17816/2311-2905-15999Korneva YS, Borisenko MB. Role of infrapatellar fat tissue in the pathogenesis of knee osteoarthritis: a review. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2023;29(4):147–155. (In Russ.). https://doi.org/10.17816/2311-2905-15999Bozhokin MS, Bozhkova SA, Netylko GI, et al. Experimental replacement of the surface defect of rat hyaline cartilage by a cell-engineered construct. Regenerative Engineering and Translational Medicine. 2021;7:184–193. https://doi.org/10.1007/s40883-021-00205-2Bozhokin MS, Bozhkova SA, Netylko GI, et al. Experimental replacement of the surface defect of rat hyaline cartilage by a cell-engineered construct. Regenerative Engineering and Translational Medicine. 2021;7:184–193. https://doi.org/10.1007/s40883-021-00205-2

The authors declare that there are no conflicts of interest present.