CC BY
34
Гений Ортопедии № 3, 2015 г.
Актовая речь Г. А. Илизарова
«Некоторые проводимые нами фундаментальные исследования и их общебиологическое значение»
(на Всесоюзной конференции с участием иностранных специалистов, посвященной 70-летию Г. А. Илизарова, 13-15 июня 1991 года, г. Курган)
Часть III
G.A. Ilizarov’s Grand Speech
«Some fundamental research performed by us and their general biological significance» (made at the National Conference with participation of foreign specialists devoted to G.A. Ilizarov’s 70-th anniversary, June 13-15, 1991, Kurgan)
Part III
О ЗНАЧЕНИИ ТЕМПА И РИТМА ДИСТРАКЦИИ И ОСТЕОГЕННЫХ ПОТЕНЦИЯХ КОСТНОГО МОЗГА
Следует также подчеркнуть, что немаловажное значение в генезе тканей имеет темп и ритм дистракции. Наши исследования показали, что количественные и качественные проявления остеогенеза и роста тканей в условиях напряжения растяжения, наряду с другими, уже приведенными факторами, о которых отмечалось выше, находятся в определенной зависимости от темпа и ритма дистракции. Для изучения этого вопроса на 150 взрослых собаках были поставлены эксперименты, отличающиеся по суточному темпу дистракции и ее дробности.
Удлинение осуществлялось как после закрытой остеоклазии (излома), так и открытой остеотомии с полным пересечением костного мозга с суточными темпами дистракции от 0,5 до 2 мм и ритмом от 0,017 мм до 1 мм и количеством приемов от 1 до 60 раз.
При темпе дистракции 0,5 мм за 4 приема в сутки после закрытой остеоклазии, когда максимально сохраняются целостность костного мозга и питательной артерии, у 3-х из четырех животных отмечено преждевременное костное сращение в ранние сроки, свидетельствующее о том, что активность остеогенеза в этих условиях эксперимента опережала заданный темп дистракции. На рентгенограммах голени одного из этих животных, сделанных в сроки 7 и 14 дней дистракции диастаз замещен плотным регенератом. Судя по его высоте, можно полагать, что сращение наступило к 10 дню дистракции.
При удлинении после открытой остеотомии с пересечением костного мозга с тем же темпом и ритмом дистракции до конца ее (28 дней) сращение костных отделов регенератов не наступает, хотя активность остеогенеза сохраняется относительно высокой, тогда как после закрытой остеоклазии активность остеогенеза значительно выше, и к этому времени происходит полное замещение диастаза костным регенератом.
При удлинении в автоматическом режиме после открытой остеотомии с тем же суточным темпом дистракции, но за 30 приемов, также отмечалось преждевременное, еще в процессе удлинения, замещение всего диастаза относительно плотным костным регенератом.
Судя по высоте диастаза, сращение наступило к 23 дню дистракции.
При темпе 1 мм за 1 прием даже после закрытой остеоклазии активность остеогенеза значительно понижена, и к 28 дню дистракции диастаз между отломками частично замещен костным регенератом с очень низкой плотностью, тогда как при том же темпе дистракции, но за 4 приема, тоже после закрытой остеоклазии значительная часть диастаза замещена относительно плотными костными отделами регенерата, разделенными «зоной роста» высотой 2-4 мм. При автоматической же дистракции даже после открытой остеотомии с пересечением костного мозга остеогенез протекает значительно активнее, и «зона роста» регенерата улавливается с трудом. Замыкание последней привело к надрывам регенератов на границе со старой костью. Значительная разница в течении остеогенеза соответственно тем же режимам дистракции после закрытой остеоклазии наиболее четко выявляется к 30 дню фиксации при общем сроке наблюдения 60 дней. К этому сроку наблюдения при автоматическом режиме дистракции регенерат имеет хорошо выраженную кортикальную пластинку, которая по толщине и плотности практически не отличается от прилежащих участков старой кости.
После открытой остеотомии с пересечением костного мозга при темпе дистракции 1 мм за 4 приема относительно менее выраженная кортикальная пластинка регенерата формируется спустя месяц, а при темпе 1 мм за 1 прием к этому же сроку (90 дней наблюдения) еще не отмечается полного замещения диастаза регенератом. Кортикальная пластинка в этой же серии формируется только через 6 месяцев эксперимента.
Таким образом, приведенные наблюдения иллюстрируют значительную разницу в сроках формирования кортикальных пластинок. Так, уже отмечалось, если при автоматической дистракции выраженная кортикальная пластинка сформировалась к 63 дню опытов с пересечением костного мозга, то при темпе 1 мм за 4 приема даже менее выраженная кортикальная пластинка сформировалась спустя месяц, а при темпе
Ш Актовая речь Г А. Илизарова «Некоторые проводимые нами фундаментальные исследования и их общебиологическое значение» (на Всесоюзной конференции с участием иностранных специалистов, посвященной 70-летию Г А. Илизарова, 13-15 июня 1991 года, г. Курган). Часть Ш // Гений ортопедии. 2015. № 3. С. 6-11.
6
Журнал клинической и экспериментальной ортопедии им. Г.А. Илизарова № 3, 2015 г.
1 мм за 1 прием лишь к 180 дню. Следует отметить, что при автоматической дистракции с суточным темпом 1 мм в отдельных случаях после закрытой остеклазии наблюдалось очень бурное течение остеогенеза, вследствие чего в процессе дистракции к 21 дню наступала преждевременная оссификация зоны роста регенерата.
Продолжающаяся при этом дистракция приводит к отрыву одного из концов регенерата.
При удлинении с темпом 2 мм за 4 приема после закрытой остеоклазии через 28 дней дистракции остеогенез умеренно выражен, но отстает от темпа дистракции, о чем свидетельствует высокая соединительнотканная прослойка. После открытой же остеотомии с полным поперечным пересечением костного мозга к этому же сроку активность остеогенеза значительно менее выражена, и большая часть регенерата представлена плотной волокнистой соединительной тканью, почти полностью утратившей остеогенные потенции.
При закрытой остеоклазии, особенно в автоматическом режиме удлинения при темпах дистракции до 1 мм в сутки, из-за бурного течения остеогенеза, опережающего темп дистракции, наступало преждевременное сращение костных фрагментов, как это было показано выше. Исходя из этого, для исключения опережения остеогенезом темпа дистракции и изучения степени активности его в этих условиях мы провели серии опытов после закрытой остеоклазии в автоматическом режиме дистракции с более увеличенным темпом растяжения от 1,3 до 2 мм в сутки и ритмом 0,017 мм за, соответственно, 77 и 118 раз. Приведем некоторые из полученных нами данных.
Пример. Закрытая остеоклазия костей голени собаки, после которой осуществлялась дистракция в автоматическом режиме по 1,3 мм в сутки с ритмом 0,017 мм за 77 раз, продолжавшаяся 22 дня. Последующая фиксация в течение 15 дней. Общий срок наблюдения со дня операции - 42 дня, из них 5 - до начала дистракции.
Следующее наблюдение.
Закрытая остеоклазия. Спустя 5 дней после ее осуществления начата дистракция в автоматическом режиме по 1,5 мм в сутки с ритмом 0,017 мм за 88 раз, продолжавшаяся 19 дней. Фиксация 30 дней. Общий срок наблюдения 54 дня, в том числе 5 дней после операции, 19 дней дистракции и 30 дней фиксации.
Следующее наблюдение, отличие которого от предыдущих 2-х лишь в темпе дистракции, который составлял 1,7 мм в сутки по 0,017 мм за 100 раз. Дистракция - 16 дней, фиксация 30 дней. Общий срок наблюдения 51 день, из них 5 дней до начала дистракции.
Следующий эксперимент отличался от предыдущих лишь темпом дистракции, который составлял 2 мм в сутки по 0,017 мм за 118 раз. Дистракция - 14 дней, фиксация 30 дней. Общий срок наблюдения - 49 дней.
В следующей группе экспериментов сроки дистракции были одинаковыми и составляли 28 дней, темп же дистракции был различным, составлял у разных животных 1,3 мм, 1,5 мм, 1,75 мм и 2 мм в сутки за, соответственно, 77, 88 103 и 118 раз.
Первое наблюдение. Дистракция - 28 дней, с темпом 1,3 мм в сутки, фиксация 30 дней. Общий срок наблюдения 63 дня.
Следующее наблюдение. То же при темпе дистракции 1,5 мм в сутки.
Третье и четвертое наблюдения демонстрируют рентгенологическую и гистологическую картину при темпе дистракции 1,75 мм и 2,0 мм в сутки.
Как уже отмечалось, при максимальном сохранении костного мозга дистракционный остеогенез наиболее выражен. Это особенно выявляется, когда целостность кости нарушается специально разработанным нами устройством, позволяющим получать щадящие однотипные стандартные изломы как в поперечном, так и в других направлениях, что позволяет в необычайно короткие сроки получать большие костные регенераты и быструю их компактизацию.
Отмеченная зависимость активности остеогенеза от темпа и ритма дистракции получила подтверждение и при гистохимическом исследовании остеогенной прослойки - зоны роста дистракционного регенерата.
Для сравнительной характеристики активности остеогенеза после закрытой флексионной остеоклазии в экспериментах изучено распределение интенсивности гистохимических реакций на окислительно-восстановительные ферменты, в частности, на сукцинатдегидрогеназу, отражающую уровень аэробного метаболизма, характерного для прямого остеогенеза. Об интенсивности реакции судят по количеству образующихся в цитоплазме клеток регенерата синего осадка формазана. Как известно, чем больше осадка в каждой клетке и чем больше занимаемая этими клетками площадь, тем выше суммарная активность фермента, уровень аэробного метаболизма и, соответственно, интенсивность прямого остеогенеза.
В экспериментах, где осуществлялась дистракция с темпом 1 мм в сутки за 1 прием, незначительная интенсивность окраски клеток и малое их количество указывают на низкую активность сукцинатдегидрогеназы, а, следовательно, и низкую остеогенетическую активность прослойки.
При темпе дистракции 1 мм в день за 4 приема после закрытой остеоклазии уровень реакции в каждой клетке значительно выше, чем в предыдущих опытах, причем характерно повышение интенсивности окраски от средних отделов прослойки к вершинам остеоидно-костных трабекул, свидетельствующее о высокой активности прямого остеогенеза в этих участках прослойки.
Наибольшая активность сукцинатдегидрогеназы, проявляющаяся не только интенсивной реакцией в каждой клетке, но и высокой плотностью их расположения во всех отделах прослойки, имела место в опытах, где дистракция проводилась с тем же суточным темпом (1 мм), но в автоматическом режиме с высокочастотным ритмом по 0,017 мм за 60 приемов. Характер гистохимической реакции в условиях эксперимента отражает наибольшую активность остеогенеза по сравнению с другими опытами.
При дистракции с темпом 2 мм в день - по 0,5 мм за 4 приема после закрытой остеоклазии, обширные участки, содержащие небольшое количество клеток с низкой интенсивностью реакции в каждой из них, разделялись небольшими очагами высокой активности сукцинатдегидрогеназы. Такая картина отражает наличие небольших очагов костеобразования на фоне суммарно пониженной активности остеогенеза в прослойке в сравнении с темпом 1 мм за 4 приема, но с несколько более высокой, чем при темпе 1 мм за 1 прием.
7
Гений Ортопедии № 3, 2015 г.
В тех же 4 вариантах опытов гистохимически исследована активность аденозинтрифосфатазы, отражающая скорость формирования остеобластами первичного костного матрикса, и щелочной фосфатазы, участвующей в минерализации остеоида. Об интенсивности реакции судят по насыщенности окраски в клетках и плотности их расположения в срезе.
Результаты этих исследований показали принципиальное сходство распределения активности обоих ферментов в каждой группе животных и существенное различие между группами. Проиллюстрируем это на примере аденозинтрифосфатазы.
При дистракции по 1 мм в день за 1 прием незначительная активность фермента выявлена лишь на ограниченных участках прослойки, что указывает на общий низкий уровень остеогенеза в этих условиях.
Значительно более высокая активность характерна для опытов, где дистракция проводилась по 1 мм в сутки за 4 приема. Распределена эта активность в прослойке неравномерно, повышаясь от средних к пограничным с костными отделами регенерата, где интенсивно происходит формирование остеоида и его обезызвествление.
В опытах с дистракцией в автоматическом режиме высокая активность щелочной и аденозинтрифосфата-зы обнаруживается по всей площади прослойки, отражая тем самым бурное течение остеогенеза во всех ее участках.
В то же время в опытах с суточным темпом дистракции 2 мм за 4 приема активность фосфатазы была ниже, чем при темпе 1 мм за 4 приема, и несколько превосходила таковую при темпе 1 мм за 1 прием.
Таким образом, результаты изучения остеогенеза при разных условиях удлинения показали четкую качественную и количественную зависимость его активности от ритма и темпа дистракции. При одинаковом темпе она закономерно выше при более дробном ритме и достигает максимума при высокочастотной автоматической дистракции и, особенно, при сохранении целостности костного мозга.
Морфологическое исследование мягких тканей удлиняемой конечности в тех же сериях эксперимента также выявила четкую зависимость их реакции от темпа и ритма дистракции.
В частности, в фасции уже к 14 дню дистракции с темпом 1 мм в сутки за 1 прием коллагеновые волокна в значительной мере утрачивают характерную извитость, и контуры пучков неравно мерно импрегниру-ются серебром из-за выраженного набухания и очаговой гомогенизации.
К этому же сроку дистракции по 1 мм в день за 4 приема отмечается лишь незначительное набухание на отдельных небольших участках волокон и некоторое снижение степени извитости их по сравнению с контролем. По периферии пучков второго порядка появляются небольшие скопления малодифференцированных фибробластоподобных клеток, что свидетельствует об активизации процессов роста тканевых структур.
Гомогенизация волокон наблюдается лишь в отдельных участках небольшой площади.
В опытах при автоматической дистракции по 1 мм в день за 60 приемов к концу второй недели удлинения структура фасции почти не отличается от нормы. Более значительное, чем в предыдущей серии, скопление мо-
лодых фибробластов между пучками волокон указывает на активизацию фибриллогенеза, обеспечивающего рост фасций в длину. Набухание волокон незначительно выражено.
К концу дистракции (28 дней) при темпе 1 мм в сутки за 1 прием коллагеновые волокна имеют прямолинейную форму и ориентированы по вектору растяжения. Границы пучков волокон расплывчаты из-за набухания и очаговой гомогенизации, изредка видны малочисленные группы фибробластов, что свидетельствует об относительно низкой активности процессов роста на фоне выраженных реактивных изменений.
К этому же сроку дистракции с темпом по 1 мм ежесуточно за 4 приема коллагеновые волокна также отличаются от контроля почти полной утратой извитости. Пучки волокон уплотнены, местами с явлениями набухания. По периферии пучков выражены скопления молодых фибробластов - признак активного новообразования тканевых структур.
В то же время при автоматическом режиме дистракции к концу удлинения (28 дней) структура фасций мало чем отличается от интактной. Незначительно выражены явления набухания волокон. Скопления многочисленных молодых фибробластов по краю пучков второго порядка указывают на высокую активность гистогенетических процессов.
Следует отметить, что под влиянием напряжения растяжения новообразование и рост капилляров в фасциях происходит с различной интенсивностью в зависимости от ритма дистракции.
Так, в фасциях при удлинении по 1 мм в день за 1 прием удается обнаружить незначительное количество новообразованных растущих капилляров.
При дистракции по 1 мм ежесуточно за 4 приема они более многочисленны. Наличие терминальных направительных клеток на слепом конце таких капилляров свидетельствует об активности их роста, хотя они еще не образуют единой капиллярной сети как при автоматическом высокочастотном ритме дистракции. Здесь многочисленные новообразованные капилляры с разных сторон глубоко проросли в брадитрофную зону и достаточно сблизились для образования анастомозов.
Ритм дистракции особенно четко влияет на состояние сосудов микроциркуляторного русла.
Так, на 28 день дистракции по 1 мм в сутки за 1 прием в артериолах резко выражены дистрофические изменения, о чем свидетельствуют нарушенная внутренняя структура митохондрий и обилие микропи-ноцитозных везикул при редукции остальных органелл в цитоплазме гладкомышечных клеток и эндотелиоци-тов; короткие прямые межклеточные контакты указывают на резкую дилятацию артериол.
К этому же сроку (28 дней) дистракции с темпом 1 мм, но за 4 приема дистрофические изменения в арте-риолах выражены значительно слабее и проявляются лишь в нарушении внутренней структуры отдельных митохондрий. В то же время отмечается значительное повышение биосинтетической активности клеток, обеспечивающей направленный рост тканевых структур под влиянием напряжения растяжения. На это указывает появление активированных гладкомышечных клеток, увеличенный объем очень богатой органеллами цитоплазмы, а также характерная для активно растущих кровеносных сосудов возросшая протяженность
8
Журнал клинической и экспериментальной ортопедии им. Г.А. Илизарова № 3, 2015 г.
межклеточных контактов.
В еще более значительной степени выражены признаки активного генеза тканей в стенке артериолы при автоматической дистракции. Они проявляются в дальнейшей гипертрофии органелл в цитоплазме активированных гладкомышечных клеток при сохранении обычной структуры контрактильных миоцитов, росте объема цитоплазмы эндотелиоцитов и протяженности образуемых ими межклеточных контактов, форма которых при этом значительно усложняется.
В то же время при суточном темпе дистракции 2 мм за 4 приема в такой же артериоле биосинтетическая активность и признаки роста выражены очень слабо. На первый план выступают реактивные изменения, сопровождающиеся образованием многочисленных цитоплазматических выростов.
Та же закономерность в степени выраженности реактивных изменений при разных темпах и ритмах дистракции обнаружена в нервах удлиняемой конечности. Эти изменения в виде неравномерного диаметра аксонов вплоть до образования грубых натеков нейроплазмы в наибольшей степени проявились при дистракции по 1,0 мм в день за 1 прием. Они менее выражены при темпе 2 мм за 4 приема и весьма незначительно - при удлинении по 1,0 мм в сутки за 4 приема, тогда как при высокочастотном автоматическом ритме нервные проводники имели нормальное строение.
В проводниковой части и оболочках нервных стволов при четырехкратном и, значительно чаще, автоматическом высокочастотном ритмах дистракции с суточным темпом 1,0 мм нередко встречаются новообразованные нервные волокна на разных этапах дифференцировки. При этом в части из них отростки леммоцитов окружают сразу группу аксонов.Такие взаимоотношения леммоцитов с аксонами, возникшие в нервах взрослых животных под воздействием искусственно созданного напряжения растяжения, воспроизводят картины, характерные для развивающихся в онтогенезе нервных стволов.
Морфогенетические процессы в скелетной мышце при удлинении конечности по нашему методу развиваются во всех ее структурных компонентах: соединительной ткани, образующей эндо-, пери- и эпимизий, сосудистой системе и поперечно исчерченных мышечных волокнах. При этом, как уже отмечалось, закономерно проявляются особенности, обусловленные различной дробностью дистракции.
Архитектоника перимизия в передней большеберцовой мышце на 28 день дистракции с применением автодистрактора отражает биосинтез тех типов коллагена, которые обладают морфогенетическими свойствами и образуют сложную сеть мелких волокон. Наличие большого числа макрофагов и их компартментов в межфибриллярном пространстве свидетельствует о специфической активации в соединительной ткани под влиянием напряжения растяжения тканевых и клеточных биохимических механизмов, регулирующих морфогенетические процессы.
При дробности дистракции 1 мм за 4 раза на 28 день дистракции менее выражено включение клеточных ро-стрегулирующих механизмов в морфогенетический процесс, о чем свидетельствует наличие лишь единичных макрофагов с умеренной секреторной активностью, при этом преобладают более крупные пучки коллагеновых
волокон, соответствующие биомеханическим условиям. При удлинении с дробностью 1 мм за 1 раз напряжение растяжения активирует биосинтез фибробластами коллагена, образующего плотно упакованные, слабо извитые пучки волокон, обладающие умеренным резервом растяжения. Такая соединительная ткань выполняет лишь опорные, биомеханические функции. Подобные различия морфологической организации наблюдаются и в эндомизии. При удлинении голени с помощью ав-тодистрактора эндомизий передней большеберцовой мышцы представлен продольно ориентированными фибриллярными структурами и многочисленными экс-трацеллюлярными компартментами. При дробности дистракции 1 мм за 4 раза тонкие коллагеновые волокна образуют редкую сеть на поверхности мышечных волокон, а при дробности 1 мм за 1 раз в сутки формируются плотные комплексы коллагеновых волокон.
Структура эндомизия определяет и процессы не-оваскулогенеза на уровне капиллярного русла скелетной мышцы. При дробности дистракции 1 мм за 60 раз продольно ориентированные фибриллярные структуры служат направляющим каркасом для эндотелиальных клеток, а внеклеточные компартменты путем хемотаксиса стимулируют их миграцию из предшествующих звеньев микроциркуляторного русла. Эти условия определяют активный ангиогенез в период дистракции. При дробности 1 мм за 4 раза наблюдаются лишь начальные стадии неоваскулогенеза, а при дробности 1 мм за 1 раз на 28 день дистракции его признаки отсутствуют. Гистохимическая реакция на аде-нозинтрифосфатазу на поперечных срезах передней большеберцовой мышцы выявляет наиболее густую капиллярную сеть при удлинении голени с помощью автоматического дистрактора по сравнению с микроциркуляторным руслом при дробности 1 мм за 4 раза и при дробности 1 мм за 1раз.
Электронограммы продольных срезов капилляров доказывают различия их ультраструктуры, обусловленные различной дробностью дистракции. При удлинении с помощью автодистрактора высокая биосинтетическая активность эндотелиальных клеток проявляется наличием в их цитоплазме наряду с микропиноцитозными везикулами комплекса полирибосом, причем поверхность эндотелиальной клетки тесно контактирует с сарколеммой, что обеспечивает высокую скорость и эффективность процессов обмена между кровью, проходящей по капилляру, и мышечным волокном. При удлинении с дробностью 1 мм за 4 раза между поверхностью капилляра и мышечным волокном имеется пространство, заполненное межклеточным матриксом, а при дробности дистракции 1 мм за 1 раз это пространство становится еще более обширным, при этом число пиноцитозных везикул в цитоплазме уменьшено, что отражает снижение интенсивности транспортных процессов.
Таким образом, высокая дробность дистракции создает такие параметры напряжения растяжения, которые сопоставимы с действием механических факторов в процессах естественного роста и определяют наиболее интенсивный неоваскулогенез по сравнению с эффектом дистракции меньшей дробности.
Влияние различной дробности дистракции отражается и на перестройке дифференцированных существующих мышечных волокон, что наиболее четко проявляется в различной ультраструктуре перинукле-
9
Гений Ортопедии № 3, 2015 г.
арной зоны, соответствующей активации различных участков генетического аппарата ядра, ответственных за различные специфические биосинтезы.
При удлинении с высокой дробностью дистракции с помощью автодистрактора через 28 дней дистракции перинуклеарная зона мышечного волокна содержит комплексы полирибосом, шероховатьй эндоплазматический ретикулум, немногочисленные митохондрии с плотно упакованными кристами и лизосомы. Такой набор компартментов отражает активацию биосинтетических процессов с одновременной заменой пред-существующих структур мышечного волокна новообразованными, соответствующими меняющимся биомеханическим условиям.
Преобладающими компартментами перинуклеар-ной зоны мышечного волокна, удлиняемого с дробностью 1 мм за 4 раза, являются крупные митохондрии, расширенные цистерны зоны Гольджи и саркоплазматического ретикулума, отражающие преобладающую активацию ультраструктур, ответственных за биоэнергетические и транспортные процессы. Через 28 дней дистракции с дробностью 1 мм за 1 раз в сутки в пери-нуклеарной зоне признаки активации ультраструктур отсутствуют. Таким образом, применение автоматической дистракции позволяет активизировать те участки ядерного аппарата мышечного волокна, которые функционируют в период естественного роста и репрессируются во взрослом организме.
При удлинении голени по нашему методу под влиянием напряжения растяжения увеличение длины мышечных волокон осуществляется преимущественно в их концевых отделах, которые становятся зоной роста. Ультраструктура концевых отделов наглядно представляет различные эффекты различной дробности дистракции. При удлинении голени с помощью авто-дистрактора на 28 день дистракции ультраструктура концевого отдела растущего мышечного волокна характеризуется наличием многочисленных комплексов полирибосом, митохондрий с плотно упакованными кристами и лизосом. Новообразованные участки мышечного волокна уже в период дистракции содержат миофиламенты, что свидетельствует об активации под влиянием высокой дробности дистракции биосинтеза специфических для дифференцированной скелетной мышцы фибриллярных белков - актина и миозина.
В этот же период эксперимента при удлинении с дробностью дистракции 1 мм за 4 раза в сутки в новообразованном участке мышечного волокна сократительный аппарат не сформирован, в саркоплазме присутствуют глобулярные формы белков, а при дробности 1 мм за 1 раз в сутки к 28 дню дистракции признаки роста в концевом отделе мышечного волокна отсутствуют.
Электроносканограммы позволяют представить различную пространственную организацию концевых отделов мышечных волокон в зависимости от дробности дистракции. При удлинении с применением автоматического дистрактора мышечные волокна сохраняют тесный контакт между собой, что отражает соответствие скорости роста мышцы темпу удлинения конечности. При дистракции с дробностью 1 мм за 4 раза меньшая скорость роста мышечного волокна приводит к отделению концевого отдела от прилежащих к нему мышечных волокон. Внеклеточные компартменты на поверхности концевого отдела активируют миграцию в эту
область малодифференцированных клеток.
При дистракции с дробностью 1 мм за 1 раз на 28 день дистракции процессы роста в концевом отделе мышечного волокна отсутствуют, о чем свидетельствует его неправильная форма с выбухающей ядросодержащей частью.
Для подтверждения обсуждаемой закономерности нами были проведены разносторонние количественные исследования. Определено число капилляров, выявляемых гистохимической реакцией на аденозинтрифосфа-тазу, на единицу площади поперечных срезов передней большеберцовой мышцы в трех сериях экспериментов. Данные морфометрических исследований позволяют заключить, что численная плотность капилляров при применении автоматического дистрактора к 28 дню дистракции увеличивается более чем в 3 раза в опытной и в
1,5 раза в контралатеральной конечности по сравнению с интактными животными. В двух других сериях экспериментов подобный эффект не наблюдается.
На серии электронограмм измерена длина сарко-меров мышечных волокон передней большеберцовой мышцы при удлинении голени по нашему методу с различной дробностью дистракции.
Гистограммы распределения отражают процентную долю саркомеров различной длины у интактных животных и через 28 дней дистракции. Процентное соотношение саркомеров различной длины в передней большеберцовой мышце при удлинении голени по нашему методу с применением автоматического дис-трактора соответствует таковому у интактных животных, тогда как при использовании дистракции меньшей дробности увеличивается доля более коротких саркомеров. Поскольку длина саркомера определяется величиной области перекрытия актиновых и миозино-вых филаментов и отражает потенциальную энергию, которой обладает саркомер за счет свободной от поперечных мостиков зоны, можно заключить, что в конце периода дистракции сократительный аппарат передней большеберцовой мышцы обладает такой же сократительной способностью, как у интактных животных. При удлинении голени с использованием дистракции с дробностью 1 мм за 4 и 1 мм за 1 раз в сутки энергия мышечного сокращения снижается вследствие преобладания доли более коротких саркомеров и уменьшения участков миофиламентов, способных взаимодействовать в процессе сокращения
Проведены электрофизиологические исследования уровня активации нервных и мышечных волокон (моторных единиц) передней большеберцовой мышцы при удлинении голени по нашему методу с различной дробностью дистракции. В качестве параметра, характеризующего активацию моторных единиц, использована выраженная в процентах от исходного значения амплитуда суммарного биоэлектрического потенциала (моторного ответа) при стимуляции седалищного нерва.
При использовании автодистрактора через 28 дней дистракции амплитуда моторного ответа в опытной и контралатеральной конечности адекватна уровню двигательной нагрузки в условиях данного эксперимента. При использовании дистракции меньшей дробности снижение амплитуды моторного ответа, наиболее выраженное при дробности дистракции 1мм за 1 раз, отражает отставание процессов формирования новых моторных единиц от темпов удлинения голени.
10
Журнал клинической и экспериментальной ортопедии им. Г.А. Илизарова № 3, 2015 г.
На электроносканограммах выявлена пространственная организация мышечных волокон, которая при удлинении с помощью автодистрактора соответствует характерной для интактных животных и демонстрирует продольно организованные в мышечном волокне пучки миофиламентов. При удлинении с дробностью 1 мм за 1 раз в участках мышечных волокон, содержащих укороченные саркомеры, образуются инвагинации сарколеммы, что создает картину кольцевых поперечных борозд.
Анализируя вышеприведенные результаты, можно сделать заключение, что применение различной дробности дистракции позволяет реализовать различные механизмы миогенеза, определяемые параметрами напряжения растяжения, соответствующими данной дробности дистракции. При использовании автоматического дис-трактора за счет высокой дробности дистракции в удлиняемой конечности создаются те величины напряжения растяжения, которые соответствуют механическим акторам, управляющим процессами естественного роста. Эти условия делают возможным функционирование тех участков генетического аппарата клеточного ядра, которые регулировали биосинтетические процессы на более ранних этапах онтогенеза, при этом новообразование мышечных волокон осуществляется путем их расщепления. При этом новообразованное мышечное волокно малого диаметра имеет гистологическую структуру зрелого мышечного волокна.
При удлинении голени с дробностью 1 мм за 4 раза имеется сочетание увеличения длины предсуществую-щего мышечного волокна и мобилизации малодифференцированных клеток с их последующей миобластической дифференцировкой. При удлинении голени с дробностью дистракции 1 мм за 1 раз в сутки через 28 дней дистракции не обеспечвается прирост длины мышечных волокон, адекватный величине удлинения конечности, поэтому происходит мобилизация клеток-сателлитов и выход их в межклеточное пространство. Гистологическая структу-
ра мышцы характеризуется расширением межклеточных пространств вследствие несоответствия скорости миоге-неза темпу удлинения конечности.
Таким образом, различная скорость дистракции при удлинении голени по нашему методу реализует механизмы миогенеза, имеющие разную длительность формирования новообразованной скелетной мышцы, адаптированной к изменившимся в удлиненной голени биомеханическим условиям. Гистологическая структура мышцы через 93 дня эксперимента при удлинении голени по нашему методу с помощью автодистрактора отражает завершение к этому сроку процессов морфологической дифференцировки, тогда как при дробности 1 мм за 4 раза в этот период осуществляется перестройка и адаптация волокон к новым биомеханическим условиям, о чем свидетельствует наличие мышечных волокон без поперечной исчерченности с большим количеством ядер. При удлинении голени с дробностью 1 мм за 1 раз в передней большеберцовой мышце в этот срок эксперимента, происходят процессы неоваскулогенеза и ми-огенеза. Гистогенез скелетной мышцы завершается при удлинении с дробностью 1 мм за 4 раза через 262 дня эксперимента, а при удлинении с дробностью 1 мм за 1 раз через 367 дней эксперимента.
Подводя итог вышесказанному, следует подчеркнуть, что применение автоматического дистрактора при удлинении голени по нашему методу за счет высокой дробности дистракции позволяет реализовать во взрослом организме морфогенетические механизмы, свойственные процессам естественного роста, что обеспечивает сокращение сроков формирования новообразованного участка мышцы в 3-4 раза по сравнению с результатами, полученными при использовании дистракции меньшей дробности. Как уже отмечалось, при использовании высокочастотного ритма дистракции в автоматическом режиме остеогенез идет наиболее активно, что заметно сокращает сроки удлинения конечностей как в эксперименте, так и в клинике...
Продолжение следует.
11
