Соматотипические особенности коллагенового остова менисков коленных суставов мужчин

Изучение травмы коленного сустава продолжается, однако специфика исследований за последние годы зачастую сводится лишь к изучению факта травмы и способов последующей реабилитации [1–3]. Исследования предрасположенности к травмам менисков и связочного аппарата коленных суставов скудные и имеют лишь рекомендательный характер, основанный на личных наблюдениях авторов [4, 5].

На основании проведённого в 2020 году исследования «Вариантная анатомия менисков коленных суставов мужчин» установлена конституциональная обусловленность особенностей микроструктурного строения менисков коленных суставов. Доказана предрасположенность к дегенеративным изменениям менисков у мужчин определённого конституционального типа, что, в свою очередь, обуславливает большую вероятность травм. В отличие от мужчин гинекоморфного и мезоморфного типов полового диморфизма, мужчины андроморфного типа чаще подвержены дегенеративным изменениям микроструктуры заднего рога и, как следствие, частым травмам именно этого отдела менисков [6].

Поскольку дегенеративные изменения менисков коленных суставов (критерии – увеличение количества изогенных групп и диаметра хондроцитов) являются лишь факторами предрасположенности к травмам, то коллагеновый скелет хрящевой ткани – характеристика, позволяющая предположить способность менисков противостоять чрезмерному механическому воздействию и, как следствие, получению травмы [7–10].

Следовательно, цель дальнейшего исследования – изучение различий коллагенового остова менисков коленных суставов у трупов мужчин разных типов полового диморфизма по Дж. Таннеру.

Материалы и методы

Изучены мениски обоих коленных суставов (латеральный и медиальный) от трупов 84 мужчин 22–74 лет разных типов полового диморфизма по Дж. Таннеру. Все объекты исследования были разделены на три группы с учётом типа полового диморфизма по Дж. Таннеру: 1 группа – трупы мужчин гинекоморфного типа полового диморфизма (n = 27); 2 группа – трупы мужчин мезоморфного типа (n = 34); 3 группа – трупы мужчин андроморфного типа полового диморфизма (n = 23). Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО КрасГМУ (выписка № 83/2018 от 04.05.2018 г.).

После изъятия биологический материал (внутренние и наружные мениски обоих коленных суставов человека) фиксировали стандартным образом в 10% растворе формальдегида. Были изготовлены микропрепараты менисков на уровне тела, передних и задних рогов. Для более четкой визуализации коллагенового волокна (верификации соединительной ткани) и его количественного анализа применён метод трихромного окрашивания образцов ткани по К. Массону. Окрашенные гистологические срезы подвергались сканирующей электронной микроскопии. Проводилось описание расположения и подсчёт процентного содержания коллагеновых волокон волокнистого хряща менисков колен- ных суставов с окружающими образованиями на единицу площади неизмененной хрящевой ткани изучаемых срезов [11, 12]. Критерий включения – отсутствие каких-либо дегенеративнодистрофических, а также воспалительных изменений волокнистого хряща. Сравнительный анализ микроструктурных особенностей внутреннего и наружного менисков коленных суставов осуществлялся с учётом конституциональной принадлежности индивидуума. Определение типа полового диморфизма трупов проводилось по методике Дж. Таннера с определением акромиального и тазогребневого диаметров тела исследуемых объектов.

Статистический анализ проведён с использованием программ SPSS Statistics 19,0 и Microsoft Excel. Для определения нормальности распределения выборки использовали критерий Шапиро – Уилка. Вариационные ряды количественных признаков с непараметрическим характером распределения были описаны с помощью медианы (Me) и процентилей [P 25 ; P 75 ]. При сравнении двух независимых выборок непараметрических данных использовался критерий Манна – Уитни (U-test) при критическом уровне значимости р<0,05 [13].

Результаты исследования и их обсуждение

Установлено, что волокнистый хрящ обоих менисков коленных суставов у всех объектов исследуемой группы представлен слоистой структурой: центральный, поверхностные верхний и нижний, а также срединные верхний и нижний слои. Это подтверждает результаты исследований, описанные ранее в работах Рыбалко Д.Ю. [14]. Однако такая архитектоника характерна только для гистологических срезов тела менисков. Из-за особенностей расположения коллагеновых волокон гистоструктура переднего и заднего рогов несколько иная (рис. 1). Так, коллагеновые волокна (синей окраски) поверхностных и срединных слоёв тела обоих менисков, независимо от конечности, практически всегда располагаются параллельно, с формированием чётких границ слоёв хряща (рис. 1, Б). Тоже прослеживается в центральном и нижних поверхностном и срединном слоях переднего рога. Но уже в его верхнем поверхностном слое отмечается хаотичное переплетение волокон в хрящевом матриксе (красной окраски) и сглаженность границ с центральным слоем, коллагеновые волокна в котором также хаотично расположены (рис. 1, А). Что же касается заднего рога, независимо от мениска и стороны исследования, лишь в его поверхностных слоях отмечается параллельное расположение коллагеновых волокон. В обоих средних и центральном слоях наблюдаются хаотично-направленные коллагеновые волокна, «перемешанные» в хрящевом матриксе, что привело к стиранию границ слоёв (рис. 1, В).

Соотношение хрящевого матрикса и коллагеновых волокон на единицу площади на уровне рогов и тела обоих менисков коленного сустава не имеет статистически значимых отличий независимо от стороны исследования. Но при сравнении процентного содержания коллагеновых волокон в различных слоях всех трёх отделов менисков имеются значимые расхождения (р<0,05) (табл. 1). Доля коллагеновых волокон независимо от стороны исследования, мениска и его части статистически значимо увеличивается от уровня центрального слоя в сторону поверхностных слоев (р<0,05). Так, если в центральном слое тела медиального и латерального менисков доля коллагена составляет 84,23 [79,36; 86,36] и 85,16 [81,40; 86,77]% соответственно, то в поверхностных слоях – от 94,12 [91,60; 95,80] до 95,78 [92,70; 96,90]%. Аналогично увеличивается (р<0,05) процент коллагеновых волокон с центрального слоя переднего рога обоих менисков (76,27 [62,35; 78,60] – 77,07 [68,15; 79,34]%) к верхнему (96,10 [92,30; 98,60] – 94,90 [91,80; 97,86]%) и нижнему (93,25 [90,16; 96,50] – 94,11 [91,00; 95,89]%) поверхностным слоям. Тоже касается заднего рога менисков: процент коллагеновых волокон в их центральном слое составляет 38,19 [33,44; 53,12] – 40,22 [26,21; 52,67]%, в нижнем поверхностном значимо больше – 92,26 [88,60; 93,93] – 93,00 [87,67; 94,13]%, как и в верхнем поверхностном (74,15 [62,45; 87,55] – 73,95 [62,80; 86,77]%). Однако именно в верхнем поверхностном слое заднего рога менисков отмечается меньшее значение содержания коллагена по сравнению с аналогичным слоем тела и переднего рога менисков. Кроме того, установлено минимальное значение содержания коллагена в центральном слое заднего рога менисков по сравнению с тем же слоем тела, где наблюдается максимальное значение этого показателя, и переднего рога, в центральном слое которого процентное содержание коллагена занимает промежуточное значение.

В результате сравнительного анализа значений процентного содержания коллагеновых волокон в различных слоях всех трёх частей медиального и латерального менисков статистически значимых отличий между ними не установлено. В связи с чем, далее, приведены значения доли коллагеновых волокон слоев тела и рогов медиального мениска.

Сравнительный анализ значений процентного содержания коллагеновых волокон в менисках трупов мужчин разных типов полового диморфизма по Дж. Таннеру демонстрирует некоторые отличия значений процентного содержания коллагена в различных частях менисков и их слоях мужчин андроморфно-го типа полового диморфизма по сравнению с представителями мезо- и гинекоморфного типов (табл. 2).

Таблица 1. Процентное содержание (%) коллагеновых волокон различных слоев обоих рогов и тела менисков коленных суставов трупов мужчин (N = 84, Me [P 25 ; P 75 ])

Table 1. Percentage content (%) of collagen fibers in various layers of both horns and the body of the meniscus of the knee joints of male corpses (N = 84, Me [P25; P75])

Слой мениска	Отдел мениска			Уровень значимости различий
	Передний рог	Тело	Задний рог
	1	2	3
Медиальный мениск
Верхний поверхностный	96,10 [92,30; 98,60]	95,78 [92,70; 96,90]	74,15 [62,45; 87,55]	p 1-2 =0,33, p 1-3 =0,01, p 2-3 =0,02
Верхний срединный	–	88,16 [87,47; 91,65]	–	–
Центральный	76,27 [62,35; 78,60]	84,23 [79,36; 86,36]	38,19 [33,44; 53,12]	p 1-2 =0,03, p 1-3 =0,01, p 2-3 =0,02
Нижний срединный	84,15 [82,40; 88,40]	86,45 [84,75; 86,70]	–	p 1-2 =0,41
Нижний поверхностный	93,25 [90,16; 96,50]	95,72 [93,10; 96,20]	92,26 [88,60; 93,93]	p 1-2 =0,43, p 1-3 =0,34, p 2-3 =0,56
Латеральный мениск
Верхний поверхностный	94,90 [91,80; 97,86]	94,12 [91,60; 95,80]	73,95 [62,80; 86,77]	p 1-2 =0,25, p 1-3 =0,01, p 2-3 =0,01
Верхний срединный	–	89,14 [88,47; 90,55]	–	–
Центральный	77,07 [68,15; 79,34]	85,16 [81,40; 86,77]	40,22 [26,21; 52,67]	p 1-2 =0,02, p 1-3 =0,01, p 2-3 =0,02
Нижний срединный	86,06 [83,00; 87,14]	88,77 [87,16; 89,88]	–	p 1-2 =0,55
Нижний поверхностный	94,11 [91,00; 95,89]	94,80 [91,90; 96,00]	93,00 [87,67; 94,13]	p 1-2 =0,52, p 1-3 =0,36, p 2-3 =0,46
Примечание: «–» – значение	показателя не установлено в виду отсутствия слоя в данном отделе мениска.

Таблица 2. Процентное содержание (%) коллагеновых волокон различных слоев обоих рогов и тела менисков коленных суставов трупов мужчин разных типов полового диморфизма по Дж. Таннеру (N = 84, Me [P 25 ; P 75 ])

Table 2. Percentage content (%) of collagen fibers in various layers of both horns and the body of the meniscus of the knee joints of male corpses of different types of sexual dimorphism according to J. Tanner (N = 84, Me [P25; P75])

Отдел и слой мениска                    Тип полового диморфизма по Дж. Таннеру             Уровень значимости

		Гинекоморфный, n 1 = 27	Мезоморфный, n 2 = 34	Андроморфный, n 3 = 23	различий
		1	2	3
	Верхний поверхностный	97,10 [94,10; 98,60]	94,14 [92,30; 96,50]	94,30 [93,40; 97,30]	p 1-2 =0,34, p 1-3 =0,52, p 2-3 =0,46
	Верхний срединный	–	–	–	–
Передний	Центральный	77,00 [68,14; 78,60]	74,08 [64,38; 76,50]	64,13 [62,35; 67,30]	p 1-2 =0,41, p 1-3 =0,04, p 2-3 =0,31
рог
	Нижний срединный	86,03 [84,40; 88,40]	85,12 [83,10; 88,40]	84,15 [82,40; 86,80]	p 1-2 =0,25, p 1-3 =0,37, p 2-3 =0,46
	Нижний поверхностный	94,76 [92,18; 96,50]	93,88 [91,17; 95,40]	93,04 [90,16; 95,16]	p 1-2 =0,31, p 1-3 =0,47, p 2-3 =0,52
	Верхний поверхностный	94,18 [93,68; 96,90]	95,43 [92,90; 96,40]	93,11 [92,70; 94,72]	p 1-2 =0,42, p 1-3 =0,45, p 2-3 =0,61
	Верхний срединный	90,13 [88,18; 91,65]	89,76 [87,98; 91,25]	88,10 [87,47; 90,13]	p 1-2 =0,52, p 1-3 =0,47, p 2-3 =0,51
Тело	Центральный	84,98 [83,45; 86,36]	83,27 [80,68; 85,31]	80,22 [79,36; 82,77]	p 1-2 =0,61, p 1-3 =0,04, p 2-3 =0,48
	Нижний срединный	86,50 [85,85; 86,70]	85,85 [84,75; 86,70]	85,17 [84,75; 85,80]	p 1-2 =0,44, p 1-3 =0,47, p 2-3 =0,55
	Нижний поверхностный	95,74 [94,90; 96,20]	95,70 [94,11; 96,10]	94,12 [93,10; 95,23]	p 1-2 =0,39, p 1-3 =0,68, p 2-3 =0,37
	Верхний поверхностный	85,20 [82,45; 87,55]	73,75 [70,94; 79,44]	65,02 [62,45; 67,12]	p 1-2 =0,03, p 1-3 =0,01, p 2-3 =0,02
	Верхний срединный	–	–	–	–
Задний рог	Центральный	51,13 [47,88; 53,12]	42,19 [40,65; 46,79]	36,12 [33,44; 38,67]	p 1-2 =0,01, p 1-3 =0,01, p 2-3 =0,02
	Нижний срединный	–	–	–	–
	Нижний поверхностный	93,16 [92,00; 93,93]	92,12 [91,71; 93,11]	89,01 [88,60; 90,11]	p 1-2 =0,71, p 1-3 =0,03, p 2-3 =0,02

Примечание: «–» – значение показателя не установлено в виду отсутствия слоя в данном отделе мениска.

А                 Б               В

Рисунок 1. Волокнистая хрящевая ткань (трихромное окрашивание по К. Массону) на уровне переднего рога (А), тела (Б) и заднего рога (В) наружного мениска правого коленного сустава мужчины 30 лет. Ув.×50: 1 – центральный, 2а – нижний поверхностный, 2б – верхний поверхностный, 3а – нижний средний, 3б – верхний средний слои

Figure 1. Fibrous cartilaginous tissue (trichrome staining according to K. Masson) at the level of the anterior horn (A), body (B) and posterior horn (C) of the lateral meniscus of the right knee joint of a 30-year-old man. Inc.×50: 1 – central, 2a – lower surface, 2b – upper surface, 3a – lower middle, 3b – upper middle layers

А               Б                 В

Рисунок 2. Волокнистая хрящевая ткань (трихромное окрашивание по К. Массону) на уровне заднего рога наружного мениска правого коленного сустава мужчин андроморфного (А), мезоморфного (Б) и гинекоморфного (В) типов полового деморфизма по Дж. Таннеру. Ув.×50: 1 – центральный, 2а – нижний поверхностный, 2б – верхний поверхностный слои

Figure 2. Fibrous cartilage tissue (trichrome staining according to K. Masson) at the level of the posterior horn of the lateral meniscus of the right knee joint of men with andromorphic (A), mesomorphic (B) and gynecomorphic (C) types of sexual demorphism according to J. Tanner. Inc.×50: 1 – central, 2a – lower surface, 2b – upper surface layers

Так, выявлено, что доля коллагеновых волокон в центральном слое переднего рога менисков мужчин андроморфного типа полового диморфизма (64,13 [62,35; 67,30]%) статистически значимо (p 1-3 = 0,04) отличается от значения данного показателя мужчин гинекоморфного типа (77,00 [68,14; 78,60]%). Такие же значимые отличия (p 1-3 = 0,04) установлены и при сравнении морфометрических показателей менисков мужчин вышеуказанных типов полового диморфизма на уровне центрального слоя тела менисков (80,22 [79,36; 82,77] и 84,98 [83,45; 86,36]% соответственно).

Более показательные соматотипические особенности коллагенового остова менисков коленных суставов мужчин выявлены на уровне их заднего рога (табл. 2, рис. 2). Задний рог менисков мужчин андроморфного типа телосложения характеризуется минимальными значениями (р<0,05) процентного содержания коллагеновых волокон на уровне верхнего поверхностного (65,02 [62,45; 67,12]%), нижнего поверхностного (89,01 [88,60; 90,11]%) и центрального (36,12 [33,44; 38,67]%) слоев. Максимальные значения процентного содержа- ния коллагеновых волокон на уровне верхнего поверхностного и центральных слоёв заднего рога менисков характерны для мужчин гинекоморфного типа (85,20 [82,45; 87,55] и 51,13 [47,88; 53,12]% соответственно). Значения данных показателей мужчин мезоморфного типа занимают промежуточное положение (73,75 [70,94; 79,44] и 42,19[40,65; 46,79]% соответственно). При этом доля коллагеновых волокон в нижнем поверхностном слое заднего рога мужчин гинеко-и мезоморфного типов полового диморфизма значимо не разнится (p1-2 = 0,71 при 93,16 [92,00; 93,93] и 92,12 [91,71; 3,11] соответственно).

Заключение

Проведённое исследование констатирует факт одинаковой структуры коллагенового остова медиального и латерального менисков обоих коленных суставов. Коллагеновые волокна тела обоих менисков располагаются параллельно, формируя центральную, верхние и нижние срединные и поверхностные слои. В рогах коллагеновые волокна располагаются преимущественно хаотично, что приво- дит к «сглаженности» границ – верифицируются поверхностные, нижний срединный и центральный слои в переднем роге и лишь поверхностные и центральный слои в заднем роге. При изучение доли коллагеновых волокон в слоях различных уровней каждого из менисков установлен ряд закономерностей. Во-первых, выявлено минимальное количество коллагена в центральном слое обоих рогов и тела менисков по сравнению с поверхностными слоями. Во-вторых, максимальные значения процентного содержания коллагена в центральном слое характерны для тела, минимальные – для заднего рога менисков. Кроме того, для этой части менисков характерно минимальное значение доли коллагена в верхнем поверхностном слое. Что и обуславливает приверженность именно этой части менисков к повреждениям. Доля коллагеновых воло- кон в центральном и поверхностных слоях заднего рога менисков мужчин соматотипически детерминирована – низкие показатели процентного содержания коллагена в заднем роге обусловлены андро-морфным типом полового диморфизма. Таким образом, андроморфный тип полового диморфизма по Дж. Таннеру мужчин есть не что иное, как фактор предрасположенности к повреждениям менисков коленных суставов индивидуумов данной конституциональной группы. Следовательно, с учётом предыдущих исследований, где приводятся данные о дегенеративных изменениях гистологической картины у мужчин андроморфного типа полового диморфизма по Дж. Таннеру именно на уровне заднего рога, следует относить их к группе риска по травмам менисков коленных суставов.