Влияние механического стресса на метаболизм хондроцитов
Влияние механического стресса на метаболизм хондроцитов. Иммобилизация сустава вызывает обратимую атрофию хряща, что свидетельствует о необходимости механических стимулов для нормального протекания метаболических процессов в ВКМ. В большинстве случаев используемые модели культур клеток существуют в условиях нормального атмосферного давления. М. Wright и соавторы (1996) показали, что механическое окружение влияет на метаболизм хондроцитов, реакция клеток зависит от интенсивности и частоты компрессионной нагрузки. Эксперименты с нагрузкой на эксплантаты интактного суставного хряша in vitro продемонстрировали снижение синтеза белков и протеогликанов под действием статической нагрузки, тогда как динамическая нагрузка стимулирует эти процессы (Saamanen A. et al., 1990; Korver Т. et al., 1992; Parkkinen J. et al., 1992). Точные механизмы реализации влияния механической нагрузки на хрящ сложные и, вероятно, связаны с деформацией клеток (Lee D., Bader D., 1995), гидростатическим давлением (Parkkinen J. et al., 1993), осмотическим давлением (Urban J. et al., 1993), электрическим потенциалом (Frank E., Grodzinsky A., 1987) и поверхностными клеточными рецепторами к молекулам матрикса (Holmvall К. et al., 1995). Для изучения влияния каждого из перечисленных параметров необходимо создать систему, в которой можно независимо варьировать один параметр. Например, культура эксплантата не подходит для исследования деформации клеток, однако ее можно использовать для изучения общего влияния давления на метаболическую активность хондроцитов. Компрессия хряща приводит к деформации клеток, а также сопровождается возникновением градиента гидростатического давления, электрического потенциала, тока жидкости и изменением таких физико-химических показателей, как содержание воды в матриксе, плотность электрического заряда, уровень осмотического давления. Деформацию клеток можно изучить с помощью изолированных хондроцитов, погруженных в агарозный или коллагеновый гель (Lee D., Bader D., 1995).
Для исследования влияния механической стимуляции на культуру хондроцитов разработаны несколько систем. Некоторые исследователи используют для этого системы, в которых давление прилагается к культуре клеток через газообразную фазу. Так, J.-P. Veldhuijzen и соавторы (1979), используя давление выше атмосферного на 13 кПа с низкой частотой (0,3 Гц) в течение 15 мин, наблюдали увеличение синтеза цАМФ и протеогликанов и снижение синтеза ДНК.