Введение. Проблема остеоартрита тазобедренных и коленных суставов является одной из наиболее актуальных в современной травматологии и ортопедии, поскольку занимает одно из первых мест в структуре инвалидности у лиц трудоспособного возраста и, как правило, требует проведения оперативного лечения [1, 2].
Одной из наиболее сложных и до конца не решенных проблем в травматологии и ортопедии является развитие гнойно-воспалительных осложнений при имплантировании суставов. К настоящему времени сформирован алгоритм выявления периимплантной инфекции, который базируется на комплексе клинических и лабораторных (бактериологических, цитологических, гистологических и пр.) методов исследования. Данный подход оказывает значимое положительное влияние на исход лечения, однако прогностические критерии раннего развития воспалительных осложнений к настоящему времени находятся в стадии разработки [3].
На органы и системы организма регулярно воздействуют различные стрессоры (экзогенные, эндогенные). В зависимости от силы, продолжительности и типа стрессора в макроорганизме с целью поддержания гомеостаза постоянно происходят различные клеточные реакции, в том числе воспалительные и апоптоз. При гиперактивации воспаления и апоптоза может возникнуть нарушение дисбаланса гомеостаза и, как следствие, развитие различных патологических состояний, которые связаны с потреблением высших жирных кислот (ВЖК). Сегодня авторы получают все больше доказательств тесного взаимодействия ВЖК с системным воспалением и апоптозом. Например, выявлена положительная связь между значениями С-реактивного белка, цитокинами (такими как интерлейкин-6, фактор некроза опухоли-α и пр.) в сыворотке крови и ВЖК [4, 5].
Жирные кислоты (ЖК) не только являются ключевым компонентом структуры клеточных мембран, но и выполняют различные функции в биологических процессах.Долгое время исследования связи между ЖК и иммунитетом были сосредоточены в основном на полиненасыщенных жирных кислотах и их производных. Однако последние достижения в области синтеза, окисления и поглощения жирных кислот позволили установить их значимую роль в регулировании иммунного ответа [4, 5]. Разнообразие, универсальность ВЖК в настоящее время вызывают большой интерес у исследователей в части их значимости для поддержания гомеостаза, что является важным с теоретической и практической точек зрения [4, 5].
Цель исследования – определение диагностической значимости показателей высших жирных кислот в развитии воспалительных осложнений после тотальной артропластики крупных суставов при первичных остеоартритах.
Материалы и методы исследования
При исследовании соблюдались этические принципы, предъявляемые Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации (World Medical Association Declaration of Helsinki 1964, 2024 – поправки) [6].
Проведено ретроспективное клиническое исследование (случай-контроль) 90 пациентов в возрасте от 45 до 74 лет (среднего и пожилого возраста по классификации ВОЗ) с первичными остеоартритами крупных суставов (тазобедренных – 45, коленных – 45) III–IV стадии по классификации J. Kellgren и J. Lawrence, нарушением функции суставов 1–2-й степени, с развившимися гнойно-воспалительными осложнениями после первичной тотальной артропластики.
Контрольную группу составили 92 практически здоровых мужчин и женщин аналогичного возраста по ВОЗ.
Критерии исключения: острые заболевания, патологические состояния и/или процессы; хронические инфекционные заболевания (ВИЧ, гепатиты и пр.); хронические неинфекционные заболевания в стадии обострения; сахарный диабет; онкологические заболевания; алкоголизм; операционная сессия более 90 минут.
Диагностика, лечение, профилактические и реабилитационные мероприятия у пациентов с первичными остеоартритами осуществлялись согласно клиническим рекомендациям Министерства здравоохранения Российской Федерации «Коксартроз» и «Гонартроз» [1, 2].
Диагноз развития воспалительных осложнений основывался на алгоритме выявления перипротезной инфекции EBJIS 2021 (Европейское общество инфекции костей и суставов) [7].
Показатели ВЖК определяли в периферической венозной крови с помощью стандартных методик. Количественный анализ летучих ЖК выполняли по методу М.Д.Ардатской. Липиды экстрагировали методом J. Folchetal – с целью определения спектра ВЖК (миристиновая – С13Н27СООН, пальмитиновая – С15Н31СООН, пальмитоолеиновая – С15Н29СООН, стеариновая – С17Н35СООН, олеиновая – С17Н33СООН, линолевая – С17Н31СООН, α-линоленовая – С17Н29СООН, γ-линоленовая – С17Н28COOH, дигомо-γ-линоленовая – С19Н33СООН и арахидоновая – С19Н31СООН). Затем осуществляли упаривание аликвота высших жирных кислот с последующим метилированием по К.М. Синяку и соавт. (1976). Очищение метиловых эфиров выполняли в хроматографической системе – в тонких слоях силикагеля гексан : диэтиловый эфир : ледяная уксусная кислота (в объеме 90:10:1). Следующим этапом осуществляли их экстрагирование смесью хролоформ : метанол (в объеме 8:1). Анализ производили с помощью хроматографа «Кристалл-2000М» (Россия) с плазменно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой 0,35х50 FFAP (USA). Для расчета и определения пиков применяли программно-аппаратный комплекс «Analitika» [8].
Статистическую обработку результатов исследования осуществляли с помощью пакета программ IBM SPSS Statistics Version 25.0 (лицензия № Z125-3301-14, IBM, США). При проведении статистического анализа авторы руководствовались принципами Международного комитета редакторов медицинских журналов (ICMJE) и рекомендациями «Статистический анализ и методы в публикуемой литературе» (SAMPL). В целях верификации нормальности распределения признаков в исследуемых группах был использован Z-критерий Колмогорова–Смирнова с коррекцией Лиллиефорса, продемонстрировавший наибольшую статистическую мощность в сравнении с альтернативными методами оценки. Учитывая распределение признаков, отличное от нормального, интервальные данные представлены в виде медианы, первого и третьего квартилей (Me [Q1; Q3]). Статистическую значимость различий показателей между группами оценивали путем определения U-критерия Манна–Уитни и уровня значимости p. Во всех случаях значение р<0,05 считалось статистически значимым. Оценку статистической значимости различий номинальных показателей исследования проводили с использованием критерия χ2 Пирсона. Зависимость относительных показателей оценивали путем сравнения полученного значения критерия χ2 с критическим (определяли уровень значимости p) [9].
Результаты исследования и их обсуждение
При клиническом наблюдении за пациентами зарегистрировано, что все они выписаны в удовлетворительном состоянии, однако в послеоперационном периоде у них зафиксировано воспалительное осложнение – поздняя перипротезная инфекция. Показано, что алгоритм EBJIS 2021 обладает лучшей диагностической значимостью у пациентов, нуждающихся в ревизионном эндопротезировании после первичной артропластики, чем его предшественники [10].
При анализе количественных изменений ВЖК зафиксированы разнонаправленные изменения. Так, уровни миристиновой (С14:0) и пальмитиновой (С16:0) кислот превышали аналогичные показатели группы контроля в 1,3 раза (р<0,001) (рис. 1 А, Б).
Рис. 1. Значение показателей миристиновой (А) и пальмитиновой (Б) кислот в исследуемых группах (пг/мл). Составлено авторами в программе SPSS
Содержание пальмитоолеиновой кислоты (С16:1) регистрировалось выше показателя группы контроля в 1,4 раза (р<0,001), тогда как концентрация стеариновой кислоты (С18:0), напротив, отмечалась ниже в 1,1 раза (р<0,011) (рис. 2 А, Б).
Рис. 2. Значение показателей пальмитоолеиновой (А) и стеариновой (Б) кислот в исследуемых группах (пг/мл). Составлено авторами в программе SPSS
Аналогичная тенденция выявлена и при определении уровня олеиновой (С18:1) и линолевой (С18:2ω6) кислот (рис. 3, А, Б) – повышение в 1,1 раза и снижение в 1,2 раза соответственно (р<0,001).
Рис. 3. Значение показателей олеиновой (А) и линолевой (Б) кислот в исследуемых группах (пг/мл). Составлено авторами в программе SPSS
При анализе изменений уровня α-линоленовой (С18:3ω3) и γ-линоленовой (С18:3ω6) кислот (рис. 4, А, Б) отмечено их значимое снижение по сопоставлению с контрольными значениями – в 3,1 и 1,3 раза соответственно (р<0,001).
Рис. 4. Значение показателей α-линоленовой (А) и γ-линоленовой (Б) кислот в исследуемых группах (пг/мл). Составлено авторами в программе SPSS
Напротив, значения дигомо-γ-линоленовой (С20:3ω6) и арахидоновой (С20:4ω6) кислот находились выше контрольных параметров – в 1,1 (р<0,022) и 1,2 (р<0,001) раза соответственно (рис. 5 А, Б).
Рис. 5. Значение показателей дигомо-γ-линоленовой (А) и арахидоновой (Б) кислот в исследуемых группах (пг/мл). Составлено авторами в программе SPSS
ЖК – это карбоновые кислоты (насыщенные или ненасыщенные) с различной длиной углеводородных цепей. ВЖК играют ключевую роль в качестве компонента клеточных мембран, источника энергии и регулятора различных биологических функций. Накапливающиеся эпидемиологические исследования показали, что потребление ВЖК обусловлено различными патологическими состояниями [5], тем не менее, патогенетические механизмы, связанные с их влиянием на развитие и течение заболеваний, остаются малоизученными. Потенциально вредные эффекты ВЖК были впервые описаны F.A. Kummerow с соавторами: они продемонстрировали связь высокого содержания ВЖК в тканях с летальными исходами у пациентов с сердечно-сосудистой патологией. Схожее исследование продемонстрировала и группа других ученых – содержание ВЖК (особенно C18:1 и C16:1) в жировой ткани также превалировало у больных с неблагоприятным исходом [5]. Кроме того, имеются многочисленные исследования in vitro, которые свидетельствуют о связи ВЖК с большим количеством разнообразных патологических процессов (таких как системное воспаление, когнитивные расстройства, диабет и др.) [5].
Доказано, что активные формы кислорода (АФК) генерируются при воздействии разнообразных стрессоров и могут способствовать прогрессированию различных патологических состояний за счет окисления липидов, белков и, как следствие, активации воспаления и апоптоза [5, 11]. Кроме того, АФК участвуют в регуляции молекулярных модификаций и функций (вторичный мессенджер) сигнальных путей [5, 12], и при их дезрегуляции также возникают многие заболевания и/или осложнения [5].
Стресс эндоплазматического ретикулума (ЭР) вызывает производство белка, в частности накопление ВЖК, которое изначально обусловливает адаптивный ответ на данные белки с целью их устранения и восстановления гомеостаза, однако чрезмерное воздействие стрессоров приводит к воспалению и апоптозу [5]. M.M. Faas с соавторы установили, что увеличение в ЭР внеклеточного АТФ (эАТФ) приводило к апоптозу за счет усиления активации пути ASK1-p38 киназы (митоген-активируемый белок) высшими жирными кислотами. эATФ – DAMP (паттерны, ассоциированные с повреждением), который связывается с пуринергическими рецепторами (P2X, P2Y) в качестве лиганда и является сильным индуктором воспаления и апоптоза [13]. При связывании АТФ с P2X7, который действует как лиганд-управляемый катионный канал, происходит активация никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН) оксидазы ниже неселективного притока катионов, что приводит к образованию АФК. АФК инициируют активацию апоптоз-сигнал-регулирующей киназы 1 (ASK1), которая, в свою очередь, активирует стресс-зависимую MAP-киназу p38 и приводит к апоптозу [14]. Кроме того, Y. Hirata с соавторами отметили, что ВЖК значимо усиливают активацию вышеуказанного механизма апоптоза [15]. Многие ВЖК (олеиновая, линоленовая и др.) способствуют eATФ-индуцированному апоптозу. В ответ на стрессы, такие как повреждение eATФ и ДНК, ВЖК усиливают активацию внутриклеточных сигнальных путей, которые вызывают воспаление и гибель клеток, что может хорошо объяснить этиологию заболеваний, связанных с ВЖК [5].
Метаболическое перепрограммирование играет важную роль в развитии и активации иммунных клеток в ответ на воздействие патогенов или изменения окружающей среды. ЖК имеют большое значение в метаболической адаптации лимфоцитов.Показано, что ЖК участвуют в адаптивном иммунитете, в активации и дифференцировке клеток.Во-первых, ЖК являются неотъемлемой частью клеточных мембран, которые окружают все клетки и связанные с ними внутриклеточные органеллы.Во-вторых, ЖК служат формой хранения энергии.Потребление энергии необходимо для функционирования клеток как в состоянии покоя, так и в активированном состоянии.Хотя глутамин и глюкоза являются двумя основными источниками энергии, ЖК могут питать клетки за счет окисления жирных кислот.В-третьих, они также участвуют в широком спектре сигнальных путей, выступая в качестве сигнальных медиаторов или субстратов для модификации белков.Долгое время исследования связи между ЖК и иммунитетом были сосредоточены в основном на полиненасыщенных жирных кислотах и их производных [4, 16].
В результате проведенного исследования можно предположить, что наблюдаемый дисбаланс метаболизма ВЖК оказывает негативное влияние на клетки, участвующие в системном воспалении, что приводит к нарушению гомеостаза и, как следствие, к развитию перипротезной инфекции. Это может быть полезным как в диагностическом поиске воспалительных осложнений после установки имплантов, так и в разработке новых методов лечения с помощью воздействия на метаболизм жирных кислот. Очевидно, что жирные кислоты – это нечто большее, чем просто источник энергии.Синтез, окисление, поглощение и посттрансляционная модификация жирных кислот участвуют в активации иммунных клеток, дифференцировке линий клеток и реакции памяти посредством множества медиаторов, сигнальных путей или метаболических процессов.Они также тесно связаны с иммунологическими заболеваниями – от инфекций, вызванных патогенами, до аутоиммунных расстройств.Таким образом, одним из будущих направлений развития является разработка новых методов диагностики и лечения иммунологических заболеваний с помощью воздействия на метаболизм жирных кислот.
Заключение
При развитии воспалительных осложнений после тотальной артропластики крупных суставов в сыворотке крови регистрируются значимое повышение уровня миристиновой (С13Н27СООН), пальмитиновой (С15Н31СООН), пальмитоолеиновой (С15Н29СООН), олеиновой (С17Н33СООН), дигомо-γ-линоленовой (С19Н33СООН) и арахидоновой (С19Н31СООН) кислот и снижение содержания стеариновой (С17Н35СООН), линолевой (С17Н31СООН), α-линоленовой (С17Н29СООН) и γ-линоленовой (С17Н28COOH) кислот.