CC BY
249
ЛИТЕРАТУРА
1. Автандилов, Г.Г. Основы количественной патологической анатомии / Г.Г. Автандилов. -М.: Медицина, 2002. - 239с.
2. Ануров, М. В. Роль гипоксии в нарушении биоэлектрической активности и моторной функции тонкой кишки при перитоните: автореф. дис... канд. мед. наук. - М., 1999. - 24с.
3. Васильев, И.Т. Антигипоксическая терапия перитонита / И.Т. Васильев, Р.Б. Мумладзе, СМ. Чудных [и др.] // Анналы хирургии. - 2000. - № 4. - С.33-38.
4. Ефуни, С.Н. Руководство по гипербарической оксигенации / С.Н. Ефуни. - М.: Медицина, 1986.
5. Журавлева, Т.Б. Введение в количественную гистохимию ферментов / Т.Б. Журавлева, Р.А. Прочуханов. - М.: Медицина, 1978. - 344 с.
6. Кокуев, В.А. Оценка эффективности применения гипербарической оксигенации в раннем послеоперационном периоде у больных с перитонитом: автореф. дис... канд. мед. наук. - Астрахань, 2001.
7. Мустафин, Т.И. Диагностика и лечение кишечных свищей при перитоните / Т.И. Мустафин, М.А. Галеев, В.М. Тимербулатов, Р.Г. Каланов. - Уфа, 1999. - 275 с.
8. Струков, А.Й. Острый разлитой перитонит / А.И. Струков, В.И. Петров, B.C. Пауков. - М.: Медицина, 1987.-288 с.
9. Яжик, СИ. Пути улучшения результатов хирургического лечения разлитого гнойного перитонита (Клинико-экспериментальное исследование): автореф. дис... д-ра мед. наук. - Омск, 1992.-26 с.
10. Fink, M.P. Adequacy of gut oxygenation in endotoxemia and sepsis / M.P. Fink // Crit Care Med. -1993.-Vol. 21, №2.-P. 4-8.
11. Fink M.P. Cytopathic hypoxia in sepsis / M.P. Fink // Acta Anest Scand Suppl. - 1997. - Vol. 110.-P. 87-95.
УДК 616.728.3-018
© В.Ш. Вагапова, Д.Ю. Рыбалко, О.В. Самоходова
В.Ш. Вагапова, Д.Ю. Рыбалко, О.В. Самоходова ГЙСТОТОПОГРАФИЯ И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА МЕНИСКОВ КОЛЕННОГО СУСТАВА ЧЕЛОВЕКА
ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет Росздрава»,т. Уфа
Цель исследования: выявить особенности гистологического строения и биомеханические свойства менисков у людей зрелого, пожилого и старческого возрастов.
Материалом для исследования служили мениски коленных суставов трупов людей обоего пола без заболеваний опорно-двигательного аппарата. Использованы гистологические и биомеханические методы (исследование прочности на разрыв).
Изучено микроскопическое строение менисков на горизонтальных и вертикальных срезах. Определена их возрастная динамика. Построена модель пространственной структуры мениска, где выделены пять слоев: центральный, верхний и нижний средние, а также верхний и нижний поверхностные. Выявлены пределы прочности различных частей менисков у лиц зрелого, пожилого и старческого возраста обоего пола. В зрелом возрасте мениски у женщин прочнее, чем у мужчин, С возрастом происходит снижение предела прочности менисков у людей обоего пола.
Ключевые слова: коленного сустава мениски, модель пространственной микроструктуры, предел прочности, возрастные и половые особенности
V.Sh. Vagapova, D.Yu. Rybalko, O.V. Samohodova HISTOTOPOGRAPHY AND STRENGTH PECULIARITIES OF HUMAN KJ4EE MENISCI
The aim of this study was to find out the peculiarities of histological structure and biomechanical properties of menisci in adults, elderly and old subjects.
The material of the study: human knee menisci of both of genders without any diseases of the support and locomotion < apparatus. The histological and biomechanical methods have been used. Menisci microscopic structure has been investigated on horizontal and vertical sections. The age dynamics has been determined. The model of spatial meniscus structure -has been constructed in which five layers has been distinguished: central, superior and inferior middle, superior and inferior superficial. The strength limits of different menisci parts have been revealed in adults, elderly and old subjects (men and women). Menisci of adult women are stronger than those of men. The strength limits of menisci are decreasing with age.
Key words: knee joint menisci, model of spatial structure, strength limit, age and gender peculiarities.
Коленный сустав человека представляет собой сложно устроенную и активно функционирующую систему, структуры которой постоянно подвергаются различного вида нагрузкам: кости - сжатию, элементы капсульно-связочного аппарата - растяжению, суставной хрящ - сдавлению и трению. Особое положение среди элементов коленного сустава занимают мениски, которые подвергаются всем вышеперечисленным воздействиям и являются, поэтому наиболее уязвимыми его структурами. Если частота повреждений коленного сустава среди всех травм нижней конечности колеблется, по сведениям различных авторов, от 6,9 до 75% случаев [4, 5, 7], то наиболее ранимыми при этом являются его мениски. Согласно данным разных авторов [2, 3], на долю менисков приходится от 32 до 85% всех случаев травм коленного сустава. Причем, у мужчин мениски повреждаются в два раза чаще, чем у женщин [3, 4, 5]. У мужчин травмы составляют 66 - 77,4%, а у женщин - 22,6 - 34%. Травмирование менисков происходит чаще всего в возрасте от 20 до 50 лет [3, 5]. Поэтому исследование микроскопической структуры и гистотопографии менисков во взаимосвязи с их прочностными свойствами представляет собой не только теоретический, но и практический интерес.
Материал и методы
Для гистологического исследования были взяты мениски от 83 трупов людей обоего пола в возрасте от 20 до 92 лет, которые фиксировались в 10% нейтральном формалине в течение 14 дней с последующим промыванием проточной водой и обезвоживанием в батарее спиртов возрастающей концентрации. Далее материал заключался в парафиновые блоки с последующим приготовлением на ротационном микротоме МПС-2 срезов толщиной 7-15 мкм, проведенных в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Срезы окрашивались гематоксилином-эозином и по Ван-Гизону.
На гистологических препаратах менисков при помощи окуляр-микрометра МОВ-1-15 определялась ширина внутренней зоны переднего и заднего рогов и тела мениска, диаметр хондроцитов в этой зоне, количество одиночно лежащих клеток во внутренней зоне и число изогенных групп. Данные морфомет-рии были подвергнуты сравнительному анализу в возрастном аспекте. На основе сопоставления микроскопической картины вертикальных и горизонтальных срезов менисков произведена их графическая реконструкция.
Исследование деформативно-
прочностных характеристик менисков производилось на нативном материале, взятом от 80 трупов лиц различных возрастов не позднее 24 часов после наступления смерти. Эксперименты производили в день взятия материала. Прочностные свойства менисков изучались в трех частях (тело, передний и задний рога). Из каждой части при помощи специального пресс-ножа изготавливались образцы для биомеханических испытаний. При этом длинная ось ножа ориентировалась параллельно к внутреннему и наружному краям мениска, поэтому большая часть пучков коллагеновых волокон в испытуемом материале располагалась вдоль нагрузочного влияния. Эти образцы имели стандартные начальные размеры: длина рабочей части равнялась 15 мм, а ширина - 3 мм. Также в каждом случае дополнительно определялось начальное значение толщины исследуемого материала. Образцы менисков растягивались на разрывной машине FP-10 в продольном направлении со скоростью 12 мм/мин до момента полного разрыва. Статистическая обработка цифровых данных осуществлялась с использованием программы Excel 2003 для Windows XP.
Результаты и обсуждение
Анализ гистологических препаратов, полученных в результате вертикальных срезов менисков свидетельствует, что все части мениска имеют слоистую конструкцию и состоят из пяти слоев: центрального, верхнего и нижнего средних и верхнего и нижнего поверхностных. Центральный слой мениска на вертикальных срезах имеет форму треугольника, основание которого сращено с капсулой сустава, а верхушка направлена к медиальному краю мениска. Этот слой у различных менисков имеет неодинаковую протяженность -от одной трети до половины его ширины. Центральный слой мениска представлен плотной неоформленной соединительной тканью. Коллагеновые волокна здесь толстые, имеют выраженную извитость и образуют пучки, которые имеют различную ориентацию. Кровеносные сосуды мениска вступают в него из капсулы в основание центрального слоя и проходят вдоль его пучков коллагеновых волокон. Глубина их проникновения соответствует протяженности этого слоя.
Верхняя и нижняя поверхности мениска, которые непосредственно соприкасаются с суставным хрящом бедренной и большеберцовой костей, образованы тонким слоем волокнистой хрящевой ткани. Эти слои названы нами верхним и нижним поверхностными. В них коллагеновые волокна и их пучки тонкие,
в некоторых местах имеют едва заметную извитость. Они пересекаются друг с другом под разными углами и образуют нежную сеть. Между коллагеновыми волокнами располагаются хрящевые клетки: хондробласты, одиночные хондроциты и изогенные группы. В поверхностных слоях клетки располагаются неравномерно: встречаются бесклеточные
участки, а также области с большой или малой плотностью клеток. Часть хондроцитов иногда выступает на поверхность мениска, благодаря чему она становится неровной. Это подтверждают имеющиеся в литературе данные о том, что коллагеновые структуры волокнистого хряща поверхностей мениска, контактирующих с суставными поверхностями болыпеберцовой и бедренной костей, сходны с таковыми матрикса гиалинового хряща [6].
Верхний и нижний поверхностные слои мениска, согласно нашему исследованию, соединяются друг с другом в области медиального края мениска под острым углом. Между поверхностными и соприкасающимися с ним его средними слоями резко выраженных границ не определяется. Средние слои мениска также образованы волокнистым хрящом. Однако в них пучки коллагеновых волокон по сравнению с поверхностными слоями толще. Эти пучки, имея в целом продольное расположение по отношению к медиальному краю мениска, переплетаются друг с другом в трех плоскостях, образуя трехмерную сеть. Во всех слоях мениска и его связках располагаются тонкие эластические волокна, которые, сопровождая коллагеновые, образуют нежную сеть.
Границы перехода рогов мениска в их связки представляют особый интерес как пограничная зона между двумя разными структурами. В этой переходной области пучки коллагеновых волокон центрального слоя направляются в связку. Пучки волокон верхнего и нижнего средних слоев простираются в связку лишь на небольшую глубину, а коллагеновые волокна поверхностных слоев в связку не продолжаются вообще.
Гистологическое строение менисков имеет возрастные особенности. Основные возрастные изменения касаются верхнего и нижнего поверхностных слоев мениска. Во второй половине второго периода зрелого возраста здесь появляются единичные гипертрофированные хондроциты. В центре ядер некоторых клеток видны глыбки хроматина, что свидетельствует о начинающемся карио-пикнозе и кариорексисе.
В пожилом возрасте в поверхностных слоях мениска увеличивается количество гипертрофированных хондроцитов и число хрящевых клеток с проявлениями кариопик-ноза, кариорексиса и лизиса. Внутренний край мениска становится фестончатым, появляются расслоения и изъязвления различной глубины и протяженности. Центральный и средние слои мениска подвергаются менее значительным изменениям, при которых происходит разрыхление их структуры и отмечается уменьшение количества эластических волокон.
В старческом возрасте наряду с описанными выше изменениями появляются пустые лакуны. В средних и поверхностных слоях обнаруживается хондрогенная ткань. Встречаются глубокие изъязвления и разрывы поверхностных слоев мениска. Так же, как и в пожилом возрасте, в центральном и средних слоях мениска сохраняется нормальный принцип организации волокнистой структуры. Количество хондроцитов в средних слоях так же, как и в пожилом возрасте, не изменяется.
Таким образом, наименьшим возрастным изменениям подвергается центральный слой менисков и их связки, в то время как наиболее выраженные дегенеративные процессы обнаруживаются в их поверхностных слоях.
Результаты нашей работы дополняют и уточняют уже имеющиеся данные о гистологическом строении менисков [2, 9, 10] и являются морфологической основой для объяснения их биомеханических свойств. Известно, что направление и степень развития коллагеновых волокон зависят от направления и величины постоянно действующей силы [8]. Поэтому с целью уточнения функциональной морфологии менисков мы изучали их биомеханические свойства в возрастном и половом аспектах.
В зрелом возрасте у женщин все части мениска характеризуются большей прочностью, чем у мужчин (таблица). Так, в первом периоде зрелого возраста у женщин предел прочности тела мениска равен 48,68±4,75 МПа, а у мужчин - 33,34±3,59 МПа. В этом возрасте тело мениска у женщин имеет по сравнению с другими его частями максимальную, а у мужчин - минимальную прочность.
Таблица
Предел прочности менисков коленного сустава человека в различные возрастные периоды ()( £ * МПа, уел. ед.)
Возраст Пол Передний рог Тело Задний рог
1 период зрелого возраста муж 34.85*4,32 33.34i3.59 35.06*3.78
жен 45,38а4Д42 48,68±4,753 47,26*3,892
II период зрелою возраста муж 32,57±3,55 31,61 ±3,84 31,58*3,92
жен 35.2Н3.221Л 41,1(Ь:2,24“ 38,91*3.1312
Пожилой муж 29,05±3,21 28,65±2,12 28.79*4,11
жен 28,69*2,45' 29,67*3,14 30,91*3,21
Старче- ский муж 26,31*3,71 24.57il.681 25,56*4,5)
жен 25,79*2,98 26,65*3,07 25,89*2.78
Примечание. 1 достоверная разница со значением предыдущей возрастной группы (р<0,05).
2 - достоверная разница с аналогичным значением другого пола в пределах одной части мениска и возрастной группы (р«Ш).
3 достоверная разница со значением другой части мениска в пределах одного пола и возрастной группы (р<0,05).
Во втором периоде зрелого возраста мениски у женщин также проявляют большую прочность: достоверные половые различия в величине предела прочности нами выявлены для тела и заднего их рога. Так, у женщин значение этого показателя в области тела наибольшее в описываемой возрастной группе и равно 41, 16±2,24 МПа. Разница с аналогичным параметром у мужчин составляет 9,55 МПа (р<0,05). Значение предела прочности заднего рога у женщин больше такового у мужчин на 7,33 МПа. У женщин нами также обнаружена достоверная разница между значениями предела прочности переднего рога и тела мениска: прочность переднего рога уступает в этом значении телу на 5,95 МПа (р<0,05). Минимальное значение предела прочности в этой возрастной группе (31,58±3,92 МПа) зарегистрировано при испытании образцов заднего рога менисков мужчин.
Во втором периоде зрелого возраста значения предела прочности всех участков менисков по сравнению с предыдущей возрастной группой уменьшаются, при этом темпы снижения более высокие у женщин (таблица). Так, предел прочности переднего рога мениска у женщин в этом возрасте по сравнению с аналогичным показателем в первом периоде зрелого возраста меньше на 10,17 МПа (р<0,05). В области заднего рога мениска у женщин эта разница составляет 8,35 МПа (р<0,05). Прочность тела мениска у женщин также уменьшается, однако различие с предыдущим возрастом недостоверно, как и для всех его частей у мужчин.
В пожилом возрасте для всех частей мениска достоверные половые отличия между значениями предельного напряжения нами не обнаружены. Однако в этом возрасте по срав-
нению с предыдущим определяется достоверное снижение величины этого показателя всех участков, как у мужчин, так и у женщин. Так, у женщин предел прочности переднего рога уменьшается на 6,52 МПа. Минимальное значение предела прочности отмечается в области тела мениска у мужчин - 28,65±2,12 МПа, а максимальная величина этого показателя (30,91±3,21 МПа) заднего рога у женщин.
В старческом возрасте так же, как и в пожилом, достоверные половые отличия значений предела прочности всех частей мениска нами не выявлены. В то же время продолжается снижение величины этого параметра по сравнению с предыдущим возрастным периодом. Так, тело и задний рог мениска женщин становятся менее прочными. Разница между величиной предела прочности по сравнению с пожилым возрастом составляет 3,02 МПа в области тела и 5,02 МПа - в заднем роге (р>0505). У мужчин достоверное различие между величиной предела прочности обнаружено только в области тела - 4,08 МПа (р<0,05). Наименьшее значение названного показателя в этом возрастном периоде у мужчин выявлено в области тела мениска (24,57±1,68 МПа) и наибольшее (26,31±3,71) -в области переднего рога.
Таким образом, полученные нами данные о различии значений предела прочности менисков у женщин и мужчин объясняют большую частоту их травм у последних [3,4,5].
Заключение
1. Мениски коленного сустава человека имеют слоистую конструкцию. Они состоят из пяти слоев: центрального, верхнего и нижнего поверхностных и залегающих между ними верхнего и нижнего средних. Центральный слой состоит из плотной неоформленной соединительной ткани и служит каркасом для других слоев мениска. Поверхностные и средние слои сформированы волокнистой хрящевой тканью и имеют форму пластин, которые соединяются с одноименными под острым углом, образуя медиальный край мениска. Связки менисков являются продолжением волокнистых элементов центрального слоя и состоят из плотной оформленной соединительной ткани. Кровеносные сосуды мениска из капсулы сустава вступают в его центральный слой, протяженность которого определяет глубину их проникновения. Наиболее выраженным возрастным изменениям подвергаются поверхностные слои мениска. В пожилом и старческом возрастах в них появляются расслоения и изъязвления различной
глубины и протяженности; обнаруживаются гипертрофированные хондроциты, кариопик-ноз, кариорексис и лизис хрящевых клеток.
2. Прочностные характеристики мениска определяются в первую очередь фиброар-хитектоникой его средних слоев, где пучки коллагеновых волокон значительной толщины располагаются преимущественно вдоль его наружного и внутреннего краев, переплетаясь друг с другом. В зрелом возрасте мениски у женщин прочнее, чем у мужчин. Снижение прочности менисков у лиц обоего пола начи-
нается во втором периоде зрелого, прогрессирует в пожилом и старческом возрастах и происходит с более высокими темпами у женщин, в результате чего в старческом возрасте значение предела прочности .всех его частей по сравнению с первым периодом зрелого уменьшается у женщин более значительно, чем у мужчин: у женщин соответственно в 1,76, 1,83 и 1,84 раза, а у мужчин-в 1,32, 1,37 и 1,36 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ахмедов, Ш.М. Динамика морфологических изменений хрящевых элементов коленного сустава человека в возрастном и функциональном аспектах: автореф. дис. ... д-ра мед. наук. -Ташкент, 1990. - 36 с.
2. Бабкин, В.М. Повреждения менисков коленного сустава. - М.: Государственное издательство медицинской литературы, 1963. - 88 с.
3. Иде Арафат. Артроскопическая диагностика и артроскопическая менискэктомия при повреждениях коленного сустава: автореф. дис. ... канд. мед. наук. - М, 1995. - 23 с.
4. Карусинов, П.С. Диагностика повреждений менисков и связок коленного сустава на магнитно-резонансных томографах с различной напряженностью магнитного поля / П.С. Карусинов //Воен.-мед. журнал. -2001. -№ 12. - С. 55.
5. Маслов, А.П. Повреждения менисков коленного сустава (Артроскопическая диагностика и факторы риска патологических изменений): автореф. дис. ... канд. мед. наук. - Минск, 1999. -21с.
6. Павлова, В.Н. Некоторые морфофункциональные аспекты современной артрологии /В.Н. Павлова // Арх. анат., гистол. и эмбриол. - 1989. - № 7. - С. 5-11.
7. Соколова, И.В. Задняя нестабильность коленного сустава (Диагностика и лечение): автореф. дис. ... канд. мед. наук. - Уфа, 2000. - 21 с.
8. Сорокин, А.П. Общие закономерности строения опорного аппарата человека. - М.: Медицина, 1973.-263 с.
9. Labandeina-Gancia, J.L. Структура и содержание внутриклеточных липидов в полулунных хрящах кролика и морской свинки / J.L. Labandeina-Gancia // Z. Microsc. Anat. Forsch. - 1986. -Bd. 100, № 5.-S. 729-730.
10. Leutert, G. К пренатальному развитию менисков / G. Leutert, S. Schwalbel, M. Schawable // Anat. Anz. - 1986. - № 1. - P. 207-208.
