Трибология СЖ и ЛС

Смазочную способность СЖ и лекарственных средств (ЛС), вводимых в полость сустава оценивают с помощью маятникового трибометра, опора которого имитирует эндопротез сустава и снабжена электромагнитной катушкой, моделирующей биофизическое поле сустава.

Опора маятника изготовлена из сертифицированного для ортопедии сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Она имеет вид круглой пластинки, на которой выполнена диаметрально расположенная полусферическая канавка d = 5 мм. С опорой динамически контактирует несущая маятник треугольная призма, изготовленная из нержавеющей стали. Ее грань, опертая на пластинку, закруглена с радиусом r = 2,5 мм и сопряжена с канавкой. Масса маятника? 2 кг, скорость скольжения призмы по опоре ~ 1 м/с. Смазочные жидкости вносят в канавку и регистрируют коэффициент трения в опоре маятника в зависимости от времени действия на смазочный слой электромагнитного поля напряженностью Н = 1,2 кА/м.

Рис. 10. Зависимость коэффициента трения (f) от времени (t) действия электромагнитного поля на опору маятникового трибометра при смазке СЖ, взятыми из суставов: 1 — с острым синовитом; 2 — пораженного дегенеративно-дистрофическим заболеванием; 3 — с болезнью Бехтерева; 4 — ревматоидным артритом; 5 — при отсутствии патологии сустава.

На рис. 10 представлены графики зависимости коэффициента трения f в опоре маятника от времени действия поля на смазочные слои СЖ, взятой из коленных суставов с разной патологией. В порядке увеличения исходных значений f₀? коэффициента трения, которые определены в отсутствие поля, исследованные образцы СЖ образуют следующий ряд: условно здоровая и при ревматоидном артрите (0,065) < болезнь Бехтерева (0,067) < дегенеративно-дистрофический процесс (0,078) < острое воспаление сустава не иммунного генеза. Под действием поля исходные значения f в зависимости от вида СЖ со временем не меняются, снижаются или возрастают. Для объяснения механизмов воздействия поля на смазочную способность СЖ можно использовать результаты изучения структуры синовии методами микроскопии и электретно-термического анализа.

В образце синовии, взятой из условно здорового сустава (кривая 5), пространственная структура ассоциатов гиалуроновой кислоты (ГУК) и белка, а также жидкокристаллических фракций холестерина изначально упорядочена и уравновешена. По-видимому, по этой причине поле практически не влияет на структуру и смазочные свойства здоровой СЖ при исследованных режимах трения. Результаты, свидетельствуют о возможности снижения f при увеличении напряженности поля и времени его воздействия на смазочный слой здоровой СЖ.

Протекание в суставе воспалительного процесса не иммунного характера (кривые 1 и 2) приводит к изменению в комплексных соединениях синовии соотношения ГУК и белка. Содержание ГУК снижается, молекулы ее становятся более короткими, а количество белка, напротив, значительно возрастает (до 36 г/л), но его молекулярная структура остается неизменной. Часть белковых макромолекул связана в комплексы ГУК? белок, а несвязанные избыточные макромолекулы и молекулы производных холестерина образуют надмолекулярные структуры. Последние проявляют, по-видимому, чувствительность к воздействию поля, что обусловливает незначительное (в пределах 0,002?0,004) снижение коэффициента трения. Физико-химический механизм этого трибоэффекта нуждается в дальнейшем исследовании.

Воспалительные процессы иммунного генеза также сопровождаются снижением в СЖ концентрации ГУК и повышением общего содержания белка. Однако при этих заболеваниях среди белковых макромолекул синовии преобладают патологические конформации. Они образуют с ГУК структуры, не характерные для здоровой синовии. Можно представить, что агломераты патологически измененных белков образуют смазочную пленку, в которой концентрация эфиров холестерина, а также нормальных ассоциатов ГУК и белка мала и не обеспечивает должный смазочный эффект. Смазочная способность СЖ с такой структурой значительно ниже, чем у здоровой синовии, ухудшается с течением времени действия поля и приводит к увеличению трения в исследуемой паре (кривые 3 и 4).

Приведенные результаты, во-первых, свидетельствуют, что трибометрия СЖ является высокоинформативным средством оценки функциональной недостаточности синовиальной среды суставов, и во-вторых, подтверждают представления о том, что влияние электромагнитного поля на смазочную способность СЖ, не имеющей иммунной патологии, является фактором, нормализующим синовиальную среду суставов.

В настоящее время одним из самых эффективных методов лечения в ортопедии является инъекция ЛС в полость сустава. Выбор вводимого препарата зависит от цели лечения. Например, для уменьшения явлений синовита делают инъекции антибактериальных препаратов и противовоспалительных ЛС на основе кортикостероидов. Для того, чтобы замедлить прогрессирующее разрушение хряща при дегенеративно-дистрофических заболеваниях суставов, используют заменители СЖ, обладающие протекторными свойствами и выполняющие функции смазочного материала, подобно естественной СЖ. Достижения современной фармакологии позволяют индивидуально подбирать ЛС ортопедического назначения. Вводимые в полость сустава ЛС оказывают целенаправленное лечебное действие на синовиальную среду и, смешиваясь с СЖ, качественно изменяют ее биомеханические свойства. Препараты одной фармакологической группы с одинаковым механизмом действия могут по-разному влиять на показатели трения в суставах. Однако в настоящее время оценку ЛС с позиций трибологии, как правило, не проводят. Подобная информация в отечественной литературе по лабораторным медицинским анализам практически не встречается. Ограниченную информацию можно найти лишь для заменителей СЖ последнего поколения. Тем не менее, возможность сочетать два лечебных фактора? противовоспалительный и трибологический? обусловила необходимость трибометрирования ЛС, вводимых в суставы путем инъекции. Такой эксперимент был выполнен с помощью маятникового трибометра, снабженного источником электромагнитного поля.