Роль медиаторов воспаления, факторов роста и остеодистрофических процессов в развитии рецидивов грыж диска поясничного отдела позвоночника

Полный текст

Введение

Хирургическое удаление грыжи межпозвонкового диска (ГМПД) поясничного отдела позвоночника является одним из наиболее часто проводимых вмешательств в нейрохирургической практике. Не менее актуальна реоперация пациентов после перенесённого хирургического вмешательства из-за возникшего рецидива ГМПД с возобновлением болевого радикулопатического синдрома. Согласно данным литературы встречаемость такой проблемы составляет 2–15% случаев [1, 2]. Каждое повторное хирургическое вмешательство на позвоночнике у больных с ГМПД достоверно снижает вероятность достижения хорошего результата в послеоперационном периоде. Данная проблема диктует необходимость персонифицированной оценки факторов риска и прогнозирования вероятности развития рецидива ГМПД перед оперативным вмешательством для выбора актуальной тактики хирургического лечения.

Межпозвонковый диск (МПД) в силу своего расположения эволюционно исключён из процессов иммунологической толерантности, однако при его дегенерации и экструзии, сопровождающейся нарушением целостности фиброзного кольца, пульпозное ядро начинает взаимодействовать с иммунной системой как инородное тело. В результате развивается каскад иммуновоспалительных процессов, приводящих к активации В-лимфоцитов и цитотоксических Т-лимфоцитов и лизису ГМПД [2], формированию в сегменте элемента хронического воспаления, не дающего в кратчайший срок сформироваться фиброзу МПД на прооперированном уровне. В результате повторного пролабирования остатков пульпозного ядра и фиброзного кольца развиваются рецидивы ГМПД.

Несмотря на противоречивые данные результатов клинических и экспериментальных исследований патогенетических механизмов развития дегенерации МПД установлено, что ведущее значение принадлежит хроническому иммуновоспалительному процессу, ускоряющему и усугубляющему дегенерацию и катаболическое разрушение структур МПД [3]. Эти процессы сопровождаются изменением содержания медиаторов иммунорегуляторных процессов [4–7]:

• провоспалительных цитокинов — интерлейкина-6 (ИЛ-6), фактора некроза опухоли-α (ФНО-α);
• хемокинов — ИЛ-8, моноцитарного хемоаттрактантного протеина-1 (MCP1);
• факторов роста — васкулоэндотелиального фактора роста (VEGF), трансформирующего фактора роста-β1 (ТФР-β1);
• биомаркеров остеодеструктивных процессов — остеопротегерина (ОПГ), матриксной металлопротеиназы-8 (ММР-8) и др.

Цель исследования — оценить характер изменения уровня медиаторов воспаления, факторов роста и остеодистрофических процессов в развитии рецидивов ГМПД.

Материалы и методы

Научная работа проводилась на клинических базах кафедр нейрохирургии ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» (РМАНПО) и ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В.И. Ра- зумовского». Образцы крови и экстракты ткани МПД анализировали на кафедре лабораторной диагностики ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» и в лаборатории РМАНПО.

Проведены обследование и оперативное лечение 68 пациентов: 41 (60,3%) мужчины и 27 (39,7%) женщин. Средний возраст пациентов составил 58 ± 1,5 (18–74) года, средний отслеживаемый катамнез — 3,5 ± 1,5 года. Все пациенты дали добровольное информированное согласие на участие в исследовании. Работа одобрена локальным этическим комитетом РМАНПО (протокол № 12 от 12.11.2019).

Критерии включения:

• радикулопатический болевой синдром, вызванный компрессией нервных корешков на уровне поясничного отдела позвоночника ГМПД поясничного отдела;
• радикулопатический болевой синдром, вызванный компрессией нервных корешков на уровне поясничного отдела позвоночника, рецидивом ГМПД поясничного отдела.

Критерии исключения:

• возраст < 18 лет и старше 74 лет;
• выраженная соматическая патология в стадии клинической декомпенсации;
• психотическое состояние и/или тяжёлое психотическое заболевание в анамнезе;
• наличие гнойно-септического процесса в зоне планируемого хирургического вмешательства;
• сочетание грыж или рецидивов ГМПД с дегенеративным стенозом позвоночного канала, спондилолистезом;
• травматические поражения позвоночника; наличие нестабильности поясничного отдела позвоночника на функциональных рентгенограммах.

Основную группу составили пациенты (n = 41), которым было выполнено хирургическое вмешательство в объёме микрохирургического удаления ГМПД: 21 пациент с рецидивами ГМПД на уровне поясничного отдела позвоночника, 20 пациентов с ГМПД на уровне поясничного отдела позвоночника, у которых не было рецидива грыжи МПД за время отслеживаемого катамнеза.

Для достоверной прогностической значимости этих факторов как риска развития рецидива ГМПД была сформирована контрольная группа — 19 пациентов, которые не испытывали корешковых болей, не наблюдались у невролога, получили оперативное лечение по поводу травматического перелома поясничного отдела позвоночника. До операции у пациентов этой группы забирали кровь для исследования, во время оперативного вмешательства брали биопсию ткани МПД, удаляемого во время хирургического вмешательства.

Биохимические показатели также исследовали у 8 пациентов, перенёсших до поступления два вмешательства на позвоночнике — по поводу первичной ГМПД на уровне поясничного отдела позвоночника, а затем по поводу рецидива ГМПД на ранее прооперированном уровне, без установки фиксирующих конструкций.

Для оценки медиаторов иммунорегуляторных процессов интраоперационно брали образцы ткани компримирующего невральные структуры субстрата средним объёмом 10 мм³, которые помещали в 0,155 М раствор NaCl, размешивали в миксере в течение 30 мин, полученную суспензию центрифугировали, надосадочную жидкость хранили при –80ºС. Образцы крови, взятые у пациентов до оперативного лечения, центрифугировали, выделяли сыворотку, разделяли на аликвоты и хранили при –80ºC. Субстрат компрессии и сыворотку крови исследовали с помощью метода твердофазного иммуноферментного анализа и коммерческих наборов реагентов («Вектор Бест»), определяли концентрацию медиаторов иммунорегуляторных процессов: ИЛ-6, ИЛ-8, MCP-1, MMP-8, VEGF, ОПГ, ФНО-α. Для исследования ТФР-β1 применяли трёхстадийный «сэндвич»-вариант иммуноферментного анализа с использованием моно- и поликлональных антител к этим цитокинам («R&D Systems»). С целью гистологической верификации диагноза выполнено гистологическое исследование полученных в ходе операции биоптатов тканей.

Для анализа полученных результатов были созданы базы данных на основе программы «Microsoft Exсel 2020». Они формировались на основе историй болезни пациентов с ГМПД и их рецидивами, операционных журналов, данных лабораторных и лучевых методов исследования. Статистические показатели рассчитывали с использованием пакета прикладных программ «Statistica v. 10.0» («StatSoft»).

Результаты

В экстракте ткани МПД было увеличено содержание всех медиаторов воспалительного процесса, что подтверждает экспрессию хемокинов и факторов роста, запуск иммуновоспалительного процесса, нарушающего гомеостаз костной ткани и МПД. О прогрессировании дегенерации МПД свидетельствуют значимый подъём уровня МСР-1, VEGF, ТФР-β1, MMP-8 и снижение — ОПГ. Экстракт ткани МПД пациентов основной группы отличает высокий уровень МСР-1, факторов роста, снижение ОПГ и увеличение ММР-8.

В основной группе наиболее значимые различия обнаружены для показателя ММР-8 по отношению к контрольной группе (в среднем на 25,5; р = 0,0001; табл. 1). Уровень VEGF в основной группе по отношению к контрольной группе увеличен на 3105,4 (р < 0,0001), МСР-1 — в среднем на 871,2 (р < 0,0001).

 

Таблица 1. Уровень медиаторов иммунорегуляторных процессов в сыворотке крови обследованных лиц (M ± SD) / Table 1. The levels of serum immunoregulatory mediators in the study population (M ± SD)

Показатель Parameter	Основная группа Main group (n = 41)	Контрольная группа Control group (n = 19)	р
ИЛ-6 Interleukin-6	53,68 ± 68,50	7,01 ± 2,77	< 0,0001
ИЛ-8 Interleukin-8	28,34 ± 32,29	7,38 ± 3,23	0,1436
ФНО-α Tumor necrosis factor-α	13,12 ± 6,69	2,47 ± 1,16	< 0,0001
МСР-1 Monocyte chemoattractant protein-1	285,52 ± 107,72	190,55 ± 95,25	0,0071
VEGF	525,73 ± 319,58	324,92 ± 90,20	0,0952
ТФР-β1 Transforming growth factor-β1	38 332,97 ± 14 641,34	29 127,78 ± 17 574,24	0,0041
ММР-8 Matrix metalloproteinase-8	53,92 ± 30,81	12,23 ± 4,26	< 0,0001
ОПГ Osteoprogesterin	2,82 ± 0,85	3,88 ± 2,40	0,4827

 

В сыворотке крови локальные изменения уровня медиаторов иммунорегуляторных процессов в экстракте ткани МПД сопровождаются значимым повышением уровня ИЛ-6, ФНО-α, МСР-1, VEGF и ММР-8. Такие же различия обнаружены для ФНО-α — в основной группе его уровень увеличен по отношению к контрольной в среднем на 10,7 (р < 0,0001), уровень ИЛ-6 — в среднем на 46,7 (р < 0,0001). Уровень ММР-8 в основной группе по отношению к контрольной повысился в среднем на 41,7 (р < 0,0001). Значимые для хронического иммуновоспалительного процесса изменения биомаркеров в экстракте ткани МПД и в сыворотке крови выявлены только для МСР-1, ТФР-β1 и MMP-8 (табл. 2).

 

Таблица 2. Уровень медиаторов иммунорегуляторных процессов в экстракте ткани МПД обследованных лиц (M ± SD) / Table 2. The levels of immunoregulatory mediators in the extracted spinal disc tissue in the study population (M ± SD)

Показатель Parameter	Основная группа Main group (n = 41)	Контрольная группа Control group (n = 19)	р
ИЛ-6 Interleukin-6	39,83 ± 22,21	28,56 ± 5,38	0,5996
ИЛ-8 Interleukin-8	127,86 ± 78,16	86,37 ± 9,91	0,4334
ФНО-α Tumor necrosis factor-α	10,83 ± 5,91	9,83 ± 3,17	0,8181
МСР-1 Monocyte chemoattractant protein-1	990,17 ± 472,30	118,99 ± 27,32	< 0,0001
VEGF	3 677,95 ± 1 377,93	572,56 ± 149,19	< 0,0001
ТФР-β1 Transforming growth factor-β1	14 970,90 ± 23 427,02	2 113,33 ± 628,07	0,0029
ММР-8 Matrix metalloproteinase-8	27,44 ± 25,00	1,90 ± 0,55	0,0001
ОПГ Osteoprogesterin	35,08 ± 12,88	47,65 ± 4,15	0,0265

 

Значимые для хронического иммуновоспалительного процесса изменения биомаркеров в экстракте ткани МПД и в сыворотке крови выявлены только для МСР-1, ТФР-β1 и MMP-8 (рис. 1–3).

 

Рис. 1. Размах значения МСР-1 в сыворотке крови (А) и экстракте ткани МПД (В). / Fig. 1. The range of МСР-1 levels in the blood serum (А) and the extracted spinal disc tissue (В).

 

Рис. 2. Размах значения ТФР-β1 в сыворотке крови (А) и экстракте ткани МПД (В). / Fig. 2. The range of TGF-β1 levels in the blood serum (А) and the extracted spinal disc tissue (В).

 

Рис. 3. Размах значения ММР-8 в сыворотке крови (A) и экстракте ткани МПД (В). / Fig. 3. The range of ММР-8 levels in the blood serum (А) and the extracted spinal disc tissue (В).

 

Оценка взаимосвязи между уровнями иммунорегуляторных медиаторов в экстракте ткани МПД и сыворотке крови с помощью метода ранговой корреляции Спирмена представлена в табл. 3. Уровень ИЛ-6 в сыворотке крови имеет сильную положительную корреляционную связь с уровнем МСР-1 в экстракте ткани диска, а также умеренную положительную корреляцию с содержанием VEGF в экстракте ткани МПД, ТФР-β1 и ММР-8. Возможно, увеличение одного показателя ведёт к увеличению другого. Обращает на себя внимание значительная положительная корреляционная связь уровня ММР-8 в сыворотке крови с концентрацией в экстракте ткани МПД МСР-1, VEGF и ММР-8, а также умеренная положительная корреляция с показателем ТФР-β1. Вероятно, увеличение одного показателя ведёт к увеличению другого.

 

Таблица 3. Коэффициенты корреляции Спирмена между медиаторами иммунорегуляторных процессов в экстракте ткани МПД и сыворотке крови / Table 3. Spearman correlation coefficients for ranking correlation between immunoregulatory mediators in the serum and the extracted spinal disk tissue

Показатель Parameter	МСР-1, экстракт ткани МПД Extracted spinal disk tissue МСР-1	VEGF, экстракт ткани МПД Extracted spinal disk tissue VEGF	TФР-β1, экстракт ткани МПД Extracted spinal disk tissue TGF-β1	ММР-8, экстракт ткани МПД Extracted spinal disk tissue ММР-8
ИЛ-6, сыворотка крови Serum IL-6	0,81	0,63	0,61	0,66
ММР-8, сыворотка крови Serum ММР-8	0,86	0,75	0,62	0,84
ФНО-α, сыворотка крови Serum TNF-α	0,78	0,75	0,7	0,77

Примечание. Во всех случаях — статистическая значимость на уровне p ≤ 0,01.

Note. In all cases the level of statistical significance was p ≤ 0.01.

 

Для содержания ФНО-α в сыворотке крови характерна сильная положительная корреляционная связь с уровнями в экстракте ткани диска МСР-1, VEGF, ММР-8 и ТФР-β1. Увеличение содержания одного показателя в экстракте ткани МПД сопровождается нарастанием его уровня в сыворотке крови. Это даёт основание считать, что из 8 определяемых показателей иммунорегуляторных процессов статистически значимые связи между их уровнями в сыворотке крови и экстракте ткани МПД имеют МСР-1 (Rs = 0,52; p ≤ 0,01), VEGF (Rs = 0,62; p ≤ 0,01), ТФР-β1 (Rs = 0,52; p ≤ 0,01) и ММР-8 (Rs = 0,84; p ≤ 0,01). Выявленные положительные значимые корреляционные связи между данными показателями дают основание считать, что основой деструктивных процессов на уровне МПД являются хронические воспалительные процессы, возникающие вследствие нарушения взаимодействия между макрофагами и клетками МПД. Эти процессы приводят к выбросу провоспалительных цитокинов/хемокинов, факторов роста (VEGF, ТФР-1β), нарастанию уровня ММР-8 как в очаге формирования грыжи, так и на уровне всего организма.

На следующем этапе проведена сравнительная оценка прогностической значимости биохимических факторов в сыворотке крови и в биоптате ткани, компримирующей нервные структуры, при разных патологиях. Установлено, что у пациентов из группы с однократным рецидивов ГМПД лидирующими статистически значимыми факторами с повышением уровней рисков от 76,5% до 84,6% являются ММР-8, ФНО-α, ТФР-β1, МСР-1, VEGF, ОПГ, в то время как у пациентов из группы с повторным рецидивом ГМПД лидирующими статистически значимыми факторами с повышением уровней рисков от 66,7% до 88,9% являются ФНО-α, МСР-1, ИЛ-6 и VEGF. Поскольку дегенеративно-дистрофические процессы, которые приводят к возникновению рецидива ГМПД, проходят непосредственно в МПД, мы провели сравнительный анализ взаимосвязи биохимических показателей в сыворотке крови пациентов и биоптате компримирующего нервные структуры субстрата, полученного в ходе оперативного лечения. При анализе полученных результатов с помощью вычисления коэффициента корреляции Спирмена наибольшая корреляция в сыворотке крови и биоптате компримирующего субстрата отмечается в показателях МСР-1 (Rs =0,520), VEGF (Rs =0,62), ТФР-β1 (Rs =0,52) и ММР-8 (Rs =0,84) с повышением уровней рисков от 76,5% до 84,6% (p ≤ 0,01).

После установки показателей наиболее высокой корреляции в сыворотке крови и биоптате компримирующего нервные структуры субстрата необходимо было удостовериться, что полученные показатели имеют высокий уровень различий в группах с рецидивами ГМПД и безрецидивной группе, а также обладают высоким риском развития рецидива ГМПД по данным математического анализа (табл. 4).

 

Таблица 4. Итоги анализа дискриминантной функции / Table 4. Discriminant function analysis

Фактор Factor	Лямбда Уилкса Wilks’ lambda	F-исключение F exclusion (2,25)	Р	1-толерантность (r-кв.) 1-tolerance (sq. r.)
VEGF в сыворотке крови Serum VEGF levels	0,150901	23,23609	0,000002	0,023734
ММР-8 в сыворотке крови Serum MMP-8 levels	0,124995	17,10093	0,000021	0,039612
ТФР-β1 в сыворотке крови Serum TGF-β1 levels	0,066886	3,339796	0,000518	0,059763

 

На основании изучения данных можно сделать выводы, что для прогнозирования развития рецидива ГМПД достаточно 3 факторов: VEGF > 4676,82 ± 1469,93, MMP8 > 15,67 ± 4,48 и ТФР-β1 > 4634,27 ± 959,85.

Обсуждение

Как показал анализ результатов исследования, прогрессирующее увеличение уровня провоспалительных цитокинов, выявленное у пациентов с ГМПД, можно считать основным фактором, поддерживающим эскалацию дегенеративных процессов ткани диска. Изменение уровня провоспалительных цитокинов/хемокинов в экстрактах ткани ГМПД и сыворотке крови позволяет считать, что его основой является активация взаимодействия между макрофагами и клетками МПД, приводящая к продукции воспалительных цитокинов.

Цитокины инициируют следующие процессы:

• активацию синтеза факторов роста (VEGF, ТФР-β1) в тканях биоптата компримирующего невральные структуры грыжевого содержимого;
• нарастание уровня ММР-8 и снижение содержания ОПГ в экстракте интраоперационного биоматериала и сыворотке крови, что подтверждает тяжесть дегенеративных процессов на уровне МПД.

Особенности изменения исследуемых медиаторов иммунной системы в группах пациентов с дегенеративно-дистрофическими изменениями на уровне поясничного отдела позвоночника, представленные в ряде исследований, и полученные нами данные подтверждают, что воспалительная реакция и неоангиогенез играют определяющую роль в формировании рецидивов ГМПД. Исследование уровня биомаркеров воспаления, роста и остеодистрофических процессов в экстрактах ткани МПД и сыворотки крови показало достоверную связь между подъёмом уровня ФНО-α, MCP-1, VEGF, ТФР-β1 и ММР-8 в тканях грыжевого выпячивания и сыворотке крови.

Нарастание уровня в сыворотке крови биомаркеров воспалительного процесса, факторов роста и ММР-8 можно считать показателями тяжести дегенеративных процессов на уровне МПД и их рецидивов. Исследование уровня представленных в работе биомаркеров иммунорегуляторных процессов может быть использовано при разработке персонифицированного подхода к выбору тактики хирургического лечения.

Об авторах

Владимир Андреевич Чехонацкий

ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования»

Автор, ответственный за переписку.
Email: fax-1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6155-1154

аспирант каф. нейрохирургии

Россия, Москва

Олег Николаевич Древаль

ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования»

Email: odreval@nsi.ru
ORCID iD: 0000-0002-8944-9837

д.м.н., проф., зав. каф. нейрохирургии

Россия, Москва

Алексей Витальевич Кузнецов

ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования»

Email: akuznetsov@nsi.ru
ORCID iD: 0000-0002-9487-6008

к.м.н., доцент каф. нейрохирургии

Россия, Москва

Андрей Анатольевич Чехонацкий

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского»

Email: fax-1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3327-1483

д.м.н., доцент, зав. каф. нейрохирургии

Россия, Саратов

Наталья Борисовна Захарова

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского»

Email: lipidgormon@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0289-3562

д.м.н., проф. каф. клинической лабораторной диагностики

Россия, Саратов

Елена Анатольевна Гришина

ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования»

Email: ncmu@almazovcentre.ru
ORCID iD: 0000-0002-5621-8266

д.м.н., проф., директор НИИ молекулярной и персонализированной медицины

Россия, Москва

Александр Вадимович Горожанин

ГБУЗ «Городская клиническая больница имени С.П. Боткина»

Email: agorozhanin@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-3593-7034

к.м.н., зав. нейрохирургическим отделением № 19

Россия, Москва

Вера Владимировна Волна

ГБУЗ «Городская клиническая больница имени С.П. Боткина»

Email: neurosurgeon-sidorenko@mail.ru

врач-нейрохирург нейрохирургического отделения № 19

Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы