Способ контроля над репаративным остеогенезом у животных

Изобретение относится к области ветеринарной биохимии, в частности к биохимии костной ткани. Изобретение относится к способу оценки активности остегенеза путем проведения биохимических исследований крови, при которых определяют уровни содержания общего кальция, неорганического фосфата, магния и хлора в сыворотке крови в ходе регенерации диафизарных переломов трубчатых костей без явления дистракции и рассчитывают индекс электролитов по следующей формуле: ИЭ=С_CaC_MgC_Cl/C_PO4. При его значении более 150 (до 250 и выше) устанавливают катаболическую фазу, ниже 150 (до 110 и меньше) - анаболическую фазу остеогенеза. 2 табл.

 

Изобретение относится к области ветеринарной биохимии, в частности к биохимии костной ткани. Этот способ необходим для повышения информативности данных биохимических анализов крови при лечении травм опорно-двигательного аппарата у животных. Способ позволяет определить фазу регенеративного процесса в костной ткани, ее продолжительность, а также активность.

Для контроля над послеоперационным течением у ортопедических больных используются рентгенологические и биохимические исследования. Традиционным лабораторным способом в оценке активности репаративного остеогенеза является определение активности щелочной фосфатазы (КФ 3.1.3.1.) [3]. Определение активности ферментов в ветеринарных лабораториях является трудоемким и дорогим методом исследования, что повышает стоимость оказанных услуг. Кроме того, по-настоящему информативным этот тест можно считать при парциальном измерении активности костного изоэнзима ЩФ. С этой целью используют электрофоретическое разделение изоферментов фосфомоноэстеразы 1. При безусловной специфичности и высокой точности этот способ требует значительных затрат времени и специального оборудования, реактивов, что значительно усложняет контроль над репаративным остеогенезом.

Наиболее близким аналогом изобретения является система лабораторного мониторинга послеоперационного течения при устранении осевых деформаций нижних конечностей посредством чрескостного остеосинтеза у детей [1]. Осевые деформации нижних конечностей, являющиеся результатом перенесенного рахита, рахитоподобных заболеваний, болезни Эрлахера-Блаунта и т.д., устраняли методом чрескостного компрессионно-дистракционного остеосинтеза по Илизарову. Авторами активность репаративного остеогенеза при коррекции осевых деформаций нижних конечностей оценивается с помощью программы нейросетевого распознавания, составленной на основе работы Ф.Уоссермена. Основной принцип этой программы состоит в допущении, что математическая нейронная сеть моделирует биологическую с информационной точки зрения (информационная модель биологической нейронной сети). Входом сети является вектор параметров пациента (лабораторные исследования крови), выходом - условный номер диагноза, причем размерность выхода сети равна числу диагнозов. О принадлежности объекта классу свидетельствует равенство единице компоненты вектора выхода. Математическая обработка результатов лабораторных исследований включает оценку на однородность выборок (4 выборки), вычисление средней и ее доверительный интервал, достоверность различий в группах сравнения непараметрическими методами. С программой нейронно-сетевого распознавания можно ознакомиться в Internet на персональной странице по адресу: http: mcl.kurgan.ru/igor.btm.

Недостатком этого способа в ветеринарии является большое количество диагнозов костной патологии, заложенных в программу; очень большое количество лабораторных исследований, которые необходимо выполнить для того, чтобы воспользоваться программой нейронно-сетевого распознавания. Для выполнения лабораторных анализов необходимо специальное оборудование, дорогостоящие реактивы, они трудоемки и длительны во времени.

Целью изобретения является разработка способа контроля над репаративным остеогенезом у животных в ходе регенеративного процесса после переломов трубчатых костей на основе данных лабораторных анализов. Способ контроля над репаративным остеогенезом у животных включает определение в крови биохимических показателей, на основе которых рассчитывают индекс электролитов (ИЭ). Индекс повышает уровень информативности данных лабораторных исследований (общего кальция, неорганического фосфора, магния, хлоридов). По значению индекса электролитов определяют фазу регенеративного процесса: катаболическая фаза остеогенеза сопровождается повышением ИЭ более 150 (до 250 и более); анаболическая фаза характеризуется уменьшением ИЭ ниже 125 (до 110 и меньше), ее продолжительность, а также активность остеогенеза.

Используемые методы лабораторных исследований просты в исполнении, для их выполнения не требуется специальное оборудование и специфические реактивы. Математическая обработка лабораторных данных повышает их информативность, что значительно увеличивает доступность результатов анализов широким слоям практикующих ветеринарных врачей.

Указанная цель достигается путем расчета индекса электролитов (ИЭ) по уровню данных электролитов в сыворотке крови по формуле:

где С_Са - концентрация общего кальция в сыворотке крови, ммоль/л;

С_Mg - концентрация магния в сыворотке крови, ммоль/л;

С_Cl - концентрация хлоридов в сыворотке крови, ммоль/л;

С_PO4 - концентрация неорганического фосфора в сыворотке крови, ммоль/л.

Числитель индекса электролитов (ИЭ) представляет собой произведение концентраций элементов, являющихся одними из главных продуктов деминерализации костной ткани. Знаменатель отражает содержание во внутренней среде организма неорганического фосфора, уровень которого напрямую связан с процессами образования аморфного фосфата в костной ткани, впоследствии трансформирующегося в гидроксиапатит (основной компонент минеральной фазы кости). Количественное значение индекса электролитов отражает соотношение в организме процессов костной резорбции и минерализации костной ткани.

У здоровых беспородных собак в наших исследованиях ИЭ колебался в пределах от 125 до 150 в зависимости от массы тела и возраста.

Процесс репаративного остеогенеза костной ткани состоит из двух фаз: катаболической и анаболической. Фазы имеют четкие границы, которые можно определить на основании уровня электролитов сыворотки крови и рассчитанного на их основе ИЭ.

В наших исследованиях катаболическая фаза заживления экспериментальных переломов в зависимости от способа остеосинтеза и характера перелома сопровождалась повышением ИЭ до 250 и больше. Повышение индекса электролитов обусловлено не только повышением концентрации в сыворотке крови общего кальция, магния, хлоридов, но и падением уровня неорганического фосфата. Это связано с процессами растворения и лизиса костной ткани на концах отломков поврежденной кости и прилегающих к ней участках. При этом происходит вымывание минеральных компонентов из костной ткани во внеклеточную жидкость. Одновременно снижается почечный клиренс, что также способствует повышению концентрации данных элементов в крови.

Анаболическая фаза регенерации характеризуется падением уровня ИЭ до 110 и ниже. Уменьшение индекса электролитов обусловлено снижением уровней общего кальция, магния, хлоридов и увеличением концентрации неорганического фосфата, вызванным преципитацией ортофосфата кальция, растворенного в тканевой жидкости, в новообразованном костном регенерате. Нами установлено, что фазовый переход трикальций ортофосфата в костный регенерат характеризуется высоким уровнем в сыворотке крови неорганического фосфата и низкой концентрацией кальция.

Катаболическая фаза в остеогенезе предшествует анаболической. Чем интенсивней она протекает, тем быстрее подготавливаются условия для перехода остеогенеза в следующую фазу, что укорачивает сроки заживления переломов. Последовательность смены фаз в регуляции регенеративного процесса в костной ткани наглядно отражает динамика изменений ИЭ.

Биологический смысл данного индекса сводится к тому, что в катаболическую фазу остеогенеза его величина выше средней физиологической величины в результате накопления в крови продуктов деминерализации костной ткани, в анаболическую же фазу, наоборот, ниже.

В результате сопоставительного анализа заявляемого решения с прототипом можно сделать вывод, что заявляемый способ определения характера течения остеогенеза позволяет оценить его состояние настолько же точно, как и при использовании программы нейросетевого распознавания. Но для этого не требуется выполнять большое количество лабораторных исследований, требующих специального оборудования и специфических реактивов, иметь статистические данные по большому количеству диагнозов костной патологии. Применяемые методы лабораторных исследований легко выполнимы в любой ветеринарной биохимической лаборатории, для их осуществления используются распространенные реактивы. В ветеринарной биохимии костной ткани не известны способы контроля над реперативным остеогенезом, основанные на расчете индекса электролитов. Поэтому предлагаемый способ соответствует критерию "новизна".

Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа:

1. Способ контроля за репаративным остеогенезом используют только для животных с диагнозом "Перелом трубчатых костей".

2. Уровень электролитов определяют в сыворотке крови, а не в плазме [2].

3. В сыворотке крови определяют содержание общего кальция, неорганического фосфора, магния, а не их ионные формы в мгэкв/л [2].

4. Для лечения переломов конечностей больных животных не используют явление дистракции.

5. Для осуществления способа контроля не нужно выполнять большое количество исследований: анализа клеточного состава периферической крови; активности кислой и щелочной фосфатазы с определением парциальных значений их костных изоэнзимов; лактатдегидрогеназы с электрофоретическим фракционированием и последующим подсчетом долей Н- и М-субъединиц фермента; концентрации молочной и пировиноградной кислоты.

6. Оценку характера течения остеогенеза проводят на основании расчета индекса электролитов по формуле:

где С_Са - концентрация общего кальция в сыворотке крови, ммоль/л;

С_Mg - концентрация магния в сыворотке крови, ммоль/л;

С_Cl - концентрация хлоридов в сыворотке крови, ммоль/л;

С_PO4 - концентрация неорганического фосфора в сыворотке крови, ммоль/л.

Анализ известных технических решений в области ветеринарной биохимии костной ткани позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом способе. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «существенные отличия».

Пример выполнения.

При проведении испытания способа у беспородных собак моделировали экспериментальную поперечную остеотомию большеберцовой кости. Опытные группы формировали из животных в возрасте 2-3 года, массой тела 16-20 кг, длиной большеберцовой кости по рентгенограмме 10-12 см. В качестве модели использовали 2 вида остеотомии:

1. без смещения концов отломков, n=10 (1 группа);

2. со смещением концов отломков по длине, ширине, сопровождающимся значительным повреждением скелетогенных тканей и питающих кость сосудов, n=10 (2 группа).

Характер смещения костных отломков оценивали рентгенологическим методом. Остеосинтез осуществляли с помощью аппарата внешней фиксации - аппарата Илизарова.

В сыворотке крови опытных животных в 1, 3-4, 10-12, 40-45 и 60-е сутки остеогенеза определяли уровень электролитов: кальция, фосфора, магния и хлоридов. В качестве контроля использовали данные определения этих же показателей в опытных группах животных до проведения остеотомии. На основании данных лабораторных анализов рассчитывали индекс электролитов.

Результаты определения уровня электролитов в сыворотке крови и рассчитанного на их основе индекса электролитов (ИЭ) представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Содержание электролитов в сыворотке крови, ИЭ в 1-й опытной группе собак (n=10) в ходе остеогенеза, М±m
Дни исследований после операции	ИЭ	ЭЛЕКТРОЛИТЫ, ММОЛЬ/Л
Са2+	PO4 3-	Mg2+	Cl-
Контроль	150,6±4,8	2,7±0,34	1,5±0,24	0,9±0,14	93±5,4
1-е сутки	236,9±4,6*	3,23±0,27*	1,7±0,18	1,17±0,26*	106,6±4,6*
3-4-е сутки	233,8±8,*	2,4±0,16*	1,34±0,35	1,21±0,17*	107,9±4,1*
10-12-е сутки	100,0±5,7*	2,53±0,42	2,03±0,19*	0,79±0,1	90,2±2,6
40-45-е сутки	108,9±3,8*	2,59±0,39	1,8±0,13*	0,83±0,12	91,2±4,1
60-е сутки	144,8±6,2	2,66±0,29	1,47±0,2	0,87±0,16	92,0±0,47
Примечание: значком * отмечены показатели, отличающиеся от контрольных величин с уровнем достоверности не менее Р<0,05

Таблица 2
Содержание электролитов в сыворотке крови, ИЭ в 2-ой опытной группе собак (n=10) в ходе остеогенеза, М±m
Дни исследований после операции	ИЭ	ЭЛЕКТРОЛИТЫ, ММОЛЬ/Л
Са2+	PO4 3-	Mg2+	Cl-
1-е сутки	230,6±4,3*	2,97±0,17*	1,73±0,24	1,21±0,12*	111,0±2,9*
3-4-е сутки	236,0±5,0*	2,43±0,14*	1,35±0,19	1,28±0,24*	102,7±1,7*
10-12-е сутки	119,9±3,7*	2,59±0,14*	1,74±0,17*	0,87±0,18	92,6±2,4*
40-45-е сутки	121,1±3,7*	2,51±0,15	1,62±0,21	0,84±0,11	93,5±3,4
60-е сутки	140,6±5,3	2,56±0,25	1,65±0,13	0,96±0,16	94,4±3,3
Примечание: значком * отмечены показатели, отличающиеся от контрольных величин с уровнем достоверности не менее Р<0,05

Данные наших исследований показали, что в катаболическую фазу регенерации уровень ИЭ имеет значение выше средней физиологической величины (150). Он повышается до 240, что связано с высвобождением минеральных веществ в кровь в результате разрушения костного матрикса. Его величина тем выше, чем сильнее происходит процесс дезорганизации в костной ткани. Это определяется степенью тяжести травмы и повреждением остеогенных тканей и внутрикостных сосудов. В анаболическую фазу, наоборот, уровень ИЭ меньше значения средней физиологической величины (снижается до 108) в результате активного накопления данных ионов в новообразующейся костной ткани (табл.1, 2).

Таким образом, по уровню индекса электролитов можно четко определить фазу регенеративного процесса и ее продолжительность, т.е. ИЭ информативно отражает характер течения регенеративного остеогенеза в зависимости от стадии и тяжести травмы. Применение несложных правил обработки лабораторных данных, основанных на применении математического моделирования и биологии в области регуляции минерального обмена и скелетного гомеостаза, теории репаративных процессов, делают доступной такую оценку врачу-практику.

Использование предлагаемого способа контроля над репаративным остеогенезом у животных обеспечивает по сравнению с существующим методом следующие преимущества:

1. Предлагаемая методика обработки лабораторных данных позволяет объективно и точно оценить фазу остеогенеза в ходе лечения переломов трубчатых костей и в случае необходимости корректировать тактику лечения.

2. Выполнение лабораторных анализов не требует дорогостоящего оборудования и реактивов.

3. Для определения фазы остеогенеза не нужно выполнять большое количество лабораторных исследований.

4. Не нужно иметь большое количество статистических данных лабораторных исследований по болезням с общим диагнозом «костная патология».

При необходимости данный способ контроля над репаративным остеогенезом у животных можно использовать для оценки эффективности лечения при разработке новых методов лечения травм опорно-двигательного аппарата у животных и для прогноза течения регенерации места травмы.

Источники информации

1. Десятниченко К.С., Скляр Л.В., Гайдышев И.П., Кузнецова Л.С., Талащова И.А., Алекберов Д.А. Лабораторный мониторинг послеоперационного течения при устранении осевых деформаций нижних конечностей посредством чрескостного остеосинтеза //Мат. научно-практ. конф., Санкт-Петербург, 2000. - С.129-132.

2. Десятниченко К.С., Грачева Л.И., Кузнецова Л.С. Функциональные биохимические исследования в клинике ортопедии и травматологии //Метод, рекоменд., Курган, 1990. - 27 с.

3. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека, М.: Мир, 1993. - С.64-65.

Способ оценки активности остегенеза, заключающийся в проведении биохимических исследований крови, отличающийся тем, что для оценки активности используют значение индекса электролитов крови, который рассчитывают по уровню общего кальция, неорганического фосфата, магния, хлора в сыворотке крови в ходе регенерации диафизарных переломов трубчатых костей без явления дистракции по следующей формуле: при значении индекса более 150 (до 250 и выше) устанавливают катаболическую фазу, ниже 150 (до 110 и меньше) - анаболическую фазу остеогенеза.