Διερεύνηση των ρεολογικών ιδιοτήτων αρθρικού υγρού από φυσιολογικούς ίππους και ίππους με οστεοαρθρίτιδα καθώς και ο χαρακτηρισμός των ιδιοτήτων νέων βιοϋλικών για την αντιμετώπισή της
Authors: Τυρνενοπούλου Παναγιώτα 
Published: September 2021

Η εκφυλιστική αρθροπάθεια ή οστεοαρθρίτιδα, αποτελεί μια από τις συχνότερες παθολογικές καταστάσεις σε ίππους αθλητικής ιππασίας ή δρόμωνες ίππους, η οποία χαρακτηρίζεται από σταδιακή καταστροφή του αρθρικού χόνδρου, χωλότητα και σημαντική μείωση των αποδόσεων. Οι διαρθρώσεις αποτελούν ανατομικές δομές με σύνθετες μηχανικές ιδιότητες, ο συνδετικός ιστών των οποίων είναι απαραίτητος για την ορθή λειτουργία τους.Το αρθρικό υγρό παίζει πρωτεύοντα μηχανικό και βιολογικό ρόλο στη λειτουργία της άρθρωσης, τόσο μέσω της θρέψης του ανάγγειου αρθρικού χόνδρου (μεταφορά θρεπτικών συστατικών και προϊόντων μεταβολισμού) όσο και μέσω της λίπανσης της άρθρωσης και προστασίας της κατά την εφαρμογή δυνάμεων. Μερικά από τα κύρια συστατικά του αρθρικού υγρού, το οποίο παράγεται από κύτταρα του αρθρικού υμένα, είναι το υαλουρονικό οξύ, ενώ σε μικρές ποσότητες απαντώνται και άλλα μακρομόρια. Το υαλουρονικό οξύ, μια μη θειούχα γλυκοζαμινογλυκάνη που δομείται από επαναλαμβανόμενα μόρια D-γλυκουρονικού οξέος και Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης, αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο του αρθρικού υγρού σε φυσιολογικές διαρθρώσεις. Παρόλο που ο ακριβής μηχανισμός δράσης παραμένει άγνωστος, μελέτες υποδεικνύουν πως η χορήγηση εξωγενούς υαλουρονικού οξέος προστατεύει τον αρθρικό χόνδρο, αφενός αποτρέποντας την επαφή του με καταβολικά ένζυμα και αφετέρου αποκαθιστώντας την αυτογενή σύνθεση υαλουρονικού οξέος, η οποία διαταράσσεται σε περιπτώσεις φλεγμονής μέσω αποπολυμερισμού του. Το υαλουρονικό οξύ συμμετέχει σε μεγάλο βαθμό, στη διαμόρφωση των ιξωδοελαστικών ιδιοτήτων του αρθρικού υγρού, υιοθετώντας συμπεριφορά παχύρρευστου διαλύματος σε χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης και ελαστικού σώματος σε υψηλότερους ρυθμούς διάτμησης.Την τελευταία δεκαετία υπάρχει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον όσον αφορά στον ρόλο του υαλουρονικού οξέος, ως βασικό συστατικό, στην διαμόρφωση των ιξωδοελαστικών ιδιοτήτων του αρθρικού υγρού. Σε πλήθος μελετών έχει αναφερθεί πως η συγκέντρωση του υαλουρονικού οξέος του αρθρικού υγρού σε δείγματα από παθολογικές αρθρώσεις ανθρώπων και ίππων με αρθρίτιδα ήταν μειωμένη σε σχέση με αυτή σε φυσιολογικές αρθρώσεις. Σε μια πάσχουσα άρθρωση, η βλάβη στον αρθρικό χόνδρο είναι δυνατό να τροποποιήσει τις ρεολογικές ιδιότητες του αρθρικού υγρού, γεγονός το οποίο αποδίδεται στον αποπολυμερισμό μορίων υαλουρονικού οξέος με υψηλό μοριακό βάρος καθώς και της συνολικής συγκέντρωσης αυτού. Η αποδόμηση του υαλουρονικού οξέος οδηγεί στη μείωση της ιξωδοελαστικής ικανότητας του αρθρικού υγρού και συνεπώς στη μη σωστή λίπανση της άρθρωσης.Η παρούσα μελέτη επικεντρώθηκε στον χαρακτηρισμό της βιολογικής και βιοκινητικής συμπεριφοράς του αρθρικού υγρού του ίππου και στην καταγραφή της συγκέντρωσης του υαλουρονικού οξέος, καθώς και των πιθανών αλλαγών των ρεολογικών ιδιοτήτων μεταξύ φυσιολογικών και παθολογικών αρθρώσεων με στόχο την παρουσίαση των ιδιοτήτων ενός ιδανικού βιοϋλικού για την αντιμετώπιση της οστεοαρθρίτιδας του ίππου. Το πειραματικό σκέλος της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε στη Μονάδα Ιπποειδών της Κλινικής Ζώων Συντροφιάς Α.Π.Θ., καθώς και στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Επίσης, η μικροσκοπική ανάλυση του αρθρικού υγρού έγινε στο Διαγνωστικό Εργαστήριο του Τομέα Κλινικών Α.Π.Θ. Συνολικά, στη διατριβή αυτή χρησιμοποιήθηκαν 160 ίπποι οι οποίοι προσκομίστηκαν στη Μονάδα Ιπποειδών Α.Π.Θ., οι οποίοι διαβιούσαν σε ιππικούς ομίλους και ιδιωτικούς στάβλους της Βορείου Ελλάδας αλλά και δρόμωνες ίπποι του Ιππόδρομου Αττικής (Μαρκόπουλο Αττικής). Οι ίπποι αυτοί χωρίστηκαν κατάλληλα σε υποομάδες ώστε να απαντηθούν τα ερευνητικά ερωτήματα της διατριβής. Ειδικότερα, στόχοι της διατριβής ήταν ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης υαλουρονικού οξέος και των ρεολογικών ιδιοτήτων του αρθρικού υγρού από φυσιολογικούς ίππους και από ίππους με οστεοαρθρίτιδα, αντίστοιχα. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία ενός πολυμεταβλητού μοντέλου μικτών επιδράσεων (multivariate linear mixed effect model) σε πληθυσμό 105 ίππων προκειμένου να εξεταστεί η ταυτόχρονη επίδραση πολλών παραγόντων (φύλο, φυλή, ηλικία, τύπος άρθρωσης, κατάσταση άρθρωσης) στις ρεολογικές παραμέτρους του αρθρικού υγρού. Επιπλέον, με γνώμονα τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τους προηγούμενους πειραματισμούς έγινε μια προσπάθεια εκτίμησης της επίδρασης των πιο συχνών ενδοαρθρικά χορηγούμενων εμπορικών σκευασμάτων στις ρεολογικές ιδιότητες του αρθρικού υγρού. Παράλληλα, κρίθηκε σκόπιμο να διερευνηθούν οι μεταβολές στη συγκέντρωση συγκεκριμένων πρωτεϊνών οξείας φάσης στον ορό του αίματος και στο αρθρικό υγρό ίππων έπειτα από ενδοαρθρική χορήγηση των πιο συχνών ενδοαρθρικά χορηγούμενων εμπορικών σκευασμάτων. Τέλος, στο τελευταίο κεφάλαιο, αναλύθηκαν οι ιδιότητες, από εμβιομηχανική σκοπιά, του ιδανικού βιοϋλικού για ενδοαρθρική χορήγηση, για την ιξωδοαναπλήρωση στον έλεγχο της οστεοαρθρίτιδας.Τα δεδομένα της διατριβής αυτής οδήγησαν στη δημιουργία και ανάπτυξη ενός βελτιστοποιημένου πρωτοκόλλου για την επεξεργασία του αρθρικού υγρού του ίππου. Διαπιστώθηκε ότι το αρθρικό υγρό του ίππου παρουσιάζει συμπεριφορά διατμητικής λέπτυνσης και εξαιρετικά χαμηλές ιξωδοελαστικές ιδιότητες, σε σύγκριση με οποιοδήποτε άλλο είδος, με βάση την παρούσα βιβλιογραφία. Συγκεκριμένα, με βάση τα αποτελέσματα από τις δοκιμές σάρωσης με ταλάντωση σε μεταβαλλόμενο χρόνο (oscillatory time sweep test) το αρθρικό υγρό του ίππου παρουσίασε χαμηλές τιμές του μέτρου αποθήκευσης ή ελαστικότητας (G') και του μέτρου απώλειας ή ιξώδους (G''), προοδευτικά μειούμενες με το χρόνο. Επιπλέον, με βάση τις δοκιμές σάρωσης συχνότητας ταλάντωσης (oscillatory frequency sweep test) διαπιστώθηκε ότι σε χαμηλές συχνότητες το αρθρικό υγρό του ίππου υιοθετεί συμπεριφορά ρευστού, ενώσε υψηλές συχνότητες κυριαρχεί η ελαστική του συμπεριφορά.Επιπλέον, με βάση τα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης, διαπιστώθηκαν σημαντικές διαφορές στις ρεολογικές ιδιότητες του αρθρικού υγρού μεταξύ των τριών διαφορετικών τύπων αρθρώσεων που μελετήθηκαν (μεσοκαρπική, μετακαρπιοφαλαγγική και 2η μεσοφαλαγγική). Συγκεκριμένα οι τιμές των μέτρων G'και G" ήταν υψηλότερες στο αρθρικό υγρό της μεσοκαρπικής και της μετακαρπιοφαλαγγικής άρθρωσης σε σύγκριση με τις τιμές του αρθρικού υγρού από τη 2η μεσοφαλαγγική άρθρωση της φυλής Warmblood. Επιπρόσθετα, διαπιστώθηκαν διαφορές στις τιμές των μέτρων G' και G" και μεταξύ των υπό μελέτη φυλών. Συγκεκριμένα, η μετακαρπιοφαλαγγική άρθρωση φάνηκε πως παρουσιάζει σημαντικά χαμηλότερες ιξωδοελαστικές ιδιότητες στη φυλή Thoroughbred σε σχέση με τη φυλή Warmblood.Επιπλέον, παρατηρήθηκε ισχυρή αρνητική συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων υαλουρονικού οξέος (HA) και του βαθμού χωλότητας καθώς και του βαθμού οστεοαρθρίτιδας με βάση την ακτινολογική εικόνα στα δείγματα παθολογικού αρθρικού υγρού. Συγκεκριμένα, οι ίπποι με οστεοαρθρίτιδα παρουσίασαν στατιστικώς σημαντικά χαμηλότερες συγκεντρώσεις HA σε σύγκριση με τους φυσιολογικούς ίππους στο σύνολο των δειγμάτων αρθρικού υγρού που εξετάστηκαν.Σχετικά με τη διαδικασία αξιολόγησης της ταυτόχρονης επίδρασης διαφόρων παραγόντων (φυλή, ηλικία, φύλο, τύπος άρθρωσης) στις ρεολογικές ιδιότητες του αρθρικού υγρού, παρατηρήθηκε α) αρνητική επίδραση της ηλικίας στις τιμές των μέτρων G' και G'', και β) πως οι εκτομίες της μελέτης αυτής παρουσίασαν σημαντικά χαμηλότερες τιμές του μέτρου G" σε σύγκριση με τις φοράδες. Σημαντικό εύρημα αποτελεί το γεγονός πως η απλή αρθροκέντηση δεν παρουσιάζει καμία αλλαγή στην ιξωδοελαστικότητα του αρθρικού υγρού. Επίσης, αξίζει να αναφερθεί ότι δεν παρατηρήθηκε καμία αλλαγή στις ιξωδοελαστικές ιδιότητες του αρθρικού υγρού μετά την ενδοαρθρική χορήγηση υαλουρονικού οξέος τις πρώτες 30 ημέρες. Κατά συνέπεια, προκύπτει ότι οι παρούσες μέθοδοι ιξωδοαναπλήρωσης φαίνεται να μην έχουν θετική επίδραση στις ρεολογικές ιδιότητες του αρθρικού υγρού.Τέλος, σε σχέση με τον προσδιορισμό των πρωτεϊνών οξείας, το αμυλοειδές A, η παραοξονάση και η απτοσφαιρίνη αποδείχθηκαν ακατάλληλοι δείκτες για την ανίχνευση πιθανών τοπικών και συστημικών αποκρίσεων στο οξειδωτικό στρες, μετά τη χορήγηση βηταμεθαζόνης και υαλουρονικού οξέος σε ίππους με χρόνια οστεοαρθρίτιδα.