CC BY
13
© Группа авторов, 1997.
Обоснование возможности улучшения кровообращения в конечности в условиях искусственной стимуляции
остеогенеза
В.И. Шевцов, В.Д. Шатохин, А.А. Свешников, Л.А. Смотрова
Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. академика Г. А. Илизарова, г. Курган (Генеральный директор — академик РАМТН, д.м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ В.И. Шевцов)
Изучали состояние кровообращения в конечности экспериментальных животных (собак) и проводили наблюдения у больных в условиях искусственной стимуляции остеогенеза после отщепа кортикального фрагмента кости и последующего перемещения его с целью утолщения голени. Для диагностики кровотока использовали комплекс радионуклидных методов, позволявший определить скорость магистрального кровообращения в конечности, объём крови, циркулирующей в капиллярах, величину тканевого кровотока. Исследования выполняли на сканере и гамма-камере. Установили, что в процессе дистракции происходит существенное ускорение кровообращения, которое сохраняется на величинах выше нормы до 3-х лет после утолщения большеберцовой кости. Результаты важны в процессе лечения больных эндартериитом и атеросклерозом сосудов нижних конечностей. Ключевые слова: остеосинтез, остеогенез, стимуляция кровообращения.
Поиск эффективных способов улучшения кровообращения в конечности у больных с об-литерирующими заболеваниями артерий является одной из важнейших задач. Довольно часто отсутствие высокочувствительных и необременительных для больного методик обследования лишает врача возможности точно охарактеризовать состояние сосудов конечности с тем, чтобы по ходу лечения а не субъективно, а научно обоснованно, на основе большого практического опыта, вносить необходимые коррективы и судить о преимуществах того или иного спосо-
ба. В процессе работы мы уделили существенное внимание радионуклидным методам, отличающимся высокой точностью и универсальностью. Благодаря им углубился и расширился характер проводимых обследований при изучении состояния кровообращения и минерализации костной ткани.
Цель нашей работы состояла в изучении кровообращения в конечности в условиях искусственной стимуляции остеогенеза в процессе утолщения голени.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В процессе утолщения голени мы наблюдали 45 больных в возрасте 40-60 лет. Эффективность улучшения кровообращения изучена также в экспериментах на 12 собаках при нарушенном кровотоке в голени.
Для характеристики периферического кровообращения исследовали:
1. Время движения крови по сосудам (локтевая вена - стопа).
2. Время накопления и смешивания радиофармпрепарата (РФП) в капиллярах (увеличение его указывало на уменьшение и замедление тока крови в конечности).
3. Объем крови в капиллярном русле (по высоте плато на кривой накопления РФП в ткани).
4. Объемную скорость кровотока в капиллярах по времени выведения 133Хе из ткани.
В клинике для этих целей использовали альбумин человеческой сыворотки. Для метки его элюат получали из генератора Тс активностью 3,7-7,4 ГБк. Величина вводимой активно-
сти при исследовании кровообращения и костной ткани на сканере составляла 29,6-44,4 МБк, на гамма-камере 165-370 МБк. Тканевой кровоток в мышцах определяли с 133Хе.
Изучение пространственного распределения меченого соединения (сканирование), а также подсчет числа импульсов (радиометрия) проводили на сканере и гамма-камере. Детектор располагали над стопами и регистрировали появление и нарастание активности в сосудах и тканях. С помощью отечественной установки УР-1-3 проводили также регистрацию появления РФП в области дистальных фаланг пальцев, плюсневых костей, второй клиновидной и ладьевидной костей. Начальная часть кривых накопления РФП в тканях отражала смешивание и установление постоянной величины в капиллярах. Изменения объема крови характеризовали результаты радиометрии.
Значительно расширил возможности получения информации эмиссионный фотонный компьютерный томограф фирмы "Сименс". С его
помощью мы собирали ранее полностью терявшуюся информацию: после введения РФП на столе прибора с помощью компьютера сразу же регистрировали время его перемещения в сосудистом русле через каждую секунду. Затем проводили сцинтиграфию и сцинтиметрию. Строили профильные кривые, отражающие различие кровотока по длине конечностей. Кривые указывали, во сколько раз или на сколько процентов изменен объем крови в капиллярах.
Исследования мышечного кровотока методически выполнялись следующим образом: вначале больной отдыхал при комнатной температуре 15 мин. Затем ложился на каталку на спину, ноги размещал горизонтально. Обе ноги обследовали одновременно.
Свободно диффундирующий в тканях радионуклид -133Хе - вводили в переднюю большебер-цовую мышцу на глубину 1 см в объеме 0,2-0,3 мл, активностью 1,8 МБк. Сразу же к месту инъекции подводили детектор радиографической установки УР-1-3 и записывали кривую выведения активности. Число миллилитров крови, протекающей через мышцу, вычисляли по формуле [1]:
0,693
МК = — • 0,7 • 100 мл на 100 г ткани/мин Т1/2
где Т1/2 - период полувыведения изотопа.
Получали представление об объеме капиллярного кровотока.
В связи с тем, что клиренс 133Хе находится в прямой зависимости от состояния мышечного кровотока существует и вторая формула, используемая при графической регистрации выведения: 161Д (Д - величина спада кривой на экспоненте в мм/мин). Объем кровотока выражается в мл на грамм ткани в минуту.
По времени выведения 133Хе и установлению равновесия с кровью капилляров (плато на кривой накопления) после внутривенно введенного меченого альбумина судили о скорости капиллярного кровотока. При физической нагрузке она ускорялась. При наложении жгута или повышении венозного давления - резко уменьша-
лась. Оценка состояния костной ткани проводилась со следующими препаратами: пирофосфа-том (ТСК-7 фирмы "CIS", Франция), дифосфа-натом (этой же фирмы), а также "технефором" (фирма "Диамед", Москва). Их метили по 99тТс и вводили за 3 часа до исследования. Затем производили сканирование и радиометрию в симметричных точках больной и здоровой конечностей для выяснения различий в накоплении.
Количественная оценка содержания минеральных веществ (СМВ) в скелете. Точный метод обследования предложили Cameron и Sorenson [2]. Он был назван фотонной абсорб-циометрией.
В клиническую практику аппарат начал внедряться за рубежом с 1975 года, в России -А.А.Свешниковым - с 1976 года.
Однофотонная абсорбциометрия использована нами для определения СМВ в костях, окруженных небольшим количеством мягких тканей (лучевая кость, кости стопы). В связи с тем, что они также поглощают фотоны, эффект компенсировался исследованием в постоянном объёме, создаваемом специальной полиэтиленовой манжетой, заполненной водой и накладывавшейся вокруг исследуемого места. Прошедшие через кость фотоны регистрировались детектором и информация передавалась на компьютер.
Прибор выдавал данные о среднем содержании минеральных компонентов, приходящихся на один см толщины (г/см) и ширины (см) кости. Для сравнения результатов у различных больных вычисляли так называемый "костный индекс", то есть отношение указанных величин в г/см2. Лучевая нагрузка составляла 0,02-0,1 mSv.
Двуфотонная абсорбциометрия применялась для обследования костей, окруженных большой мышечной массой, и проводилась на дихроматическом костном денситометре (модель 2601 фирмы "Норланд", США). Он выдавал данные о том, какая площадь просканирована, о ширине кости, сколько в ней минералов (в г/см, либо в г/см2 или в граммах).
Достоверность результатов оценивали по критерию Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Наблюдения в эксперименте. Утолщение голени у собак выполняла кандидат медицинских наук Н.В. Петровская. Прооперировано 12 беспородных собак обоего пола массой 12-15 кг. Животные были разбиты на две группы. Первая (контрольная) - без нарушения внутрикостного кровоснабжения, вторая (опытная) - с нарушением его после повреждения а. шййа.
Изменения капиллярного кровотока. До опе-
рации распределение 991ПТс-ДТПА в мышечной ткани правой и левой конечности (рис. 1) составляло 100+6,8%.
"Материнская" костная ткань. Уже на 1-й день после операции в месте отщепа отмечалось усиление кровообращения. У собак первой группы - 190+9,4% и значительно меньше (140+6,4%, P<0,05) - во второй. Над отделенным фрагментом эти величины составляли соответ-
ственно 170+11,6% (Р<0,05) и 136+8,2% (Р<0,05). С началом дистракции у животных 1-й группы кровообращение непрерывно нарастало и достигало к 7-му дню 400+23,1% (Р < 0,05; рис. 2). К 14-му дню - увеличивалось до 430+23,8% (рис. 3 и 4). С 15-го дня величина капиллярного кровотока начинала постепенно замедляться на 9,8% за каждый день наблюдения. В дальнейшем в течение всего периода фиксации происходило очень медленное снижение (рис. 4). Быстрее кровоток уменьшался в течение 3-х месяцев после снятия аппарата. На 90-й день величина РФП составляла -193+19,4% (Р<0,05). На 150-й - 160+15,6% (Р<0,05). Нормализация произошла на 240-й день.
Рис. 1. Кровообращение в Рис. 2. Существенное уско-конечности здоровой рение кровообращения в собаки (сканограмма). конечности на 7-й день
дистракции (сканограмма).
У животных 2-й группы в течение первых 7 дней дистракции прирост кровотока более низкий (7,8% за день). С 8-го дня происходило прямолинейное нарастание, которое продолжалось весь период дистракции и фиксации (рис. 4). Величина РФП на фиксации составляла 430+21,3% (Р<0,05). После снятия аппарата уровень кровотока нормализовался очень медленно. Его абсолютная величина была значительно выше, чем у животных 1 -й группы (рис.4).
Ускорение кровообращения сохранялось до 2-х лет после окончания лечения (рис.5).
< 0
1 3 7 14 714 714 21 30 90 150 240
Дни
Рис. 4. Динамика капиллярного кровотока в "материнской" костной ткани при утолщении голени в условиях нормального (--) и нарушенного (- -) кровотока Обозначения: 1-дистракция, 2-фиксация, 3-после снятия аппарата
Регенерат. У контрольной группы животных с первых дней и до 10-го дня дистракции кровообращение ускорялось очень интенсивно. В подопытной - отмечено ослабление.
К моменту окончания дистракции величина кровотока в первой группе животных составляла 430+10,3% (Р<0,001), в то время как во 2-й группе - 380+9,8% (Р<0,001). Максимальные величины - 438+14,2% (Р<0,001) - в первой группе отмечены в конце фиксации, во второй -только на 7-14 дни после снятия аппарата.
В последующий период происходила нормализация капиллярного кровообращения, оно было выше у собак 2-й группы.
Костный фрагмент. У животных первой и второй групп в перемещаемом фрагменте существенных различий не наблюдалось. Кровоток в процессе дистракции постепенно восстанавливался. Его величина была несколько ниже (375+21,8%, Р<0,05), чем в материнской ткани и формирующемся регенерате.
2. Наблюдения у больных. Успешные результаты утолщения кости в эксперименте позволили предложить новые методики стимуляции кровообращения у больных. Их сущность сводится к отщеплению и дистракции фрагмента большеберцовой кости в поперечном направлении.
Операции выполняли как в стационаре, так и в амбулаторных условиях. В первые 3 дня больные находились в послеоперационных палатах. Со 2-го дня самостоятельно вставали и передвигались. Этому способствовали малая травматич-ность оперативного вмешательства, сохранение целостности кожных покровов, а также большей части питающих кость сосудов.
Наблюдения проводили до начала лечения (рис. 6), на 7, 14, 21 дни дистракции и далее ежемесячно до снятия аппарата.
Со 2-го дня дистракции отщепленного костного фрагмента содержание РФП возрастало во всей большеберцовой кости: в участках, прилежащих к остеотомии, на 312+10,9% (Р<0,05), в более удаленных - 173+7,1% (Р<0,05). Состояние капиллярного кровотока на 7-й день дист-ракции показано на рис. 7.
В месте формирования регенерата обменные процессы непрерывно нарастали: на 14-й день меченого пирофосфата было 417+16,7% (Р<0,01), на 30-й день - 710+21,9% (Р<0,001). Значительно ускорено и капиллярное кровообращение (398+14,2%, Р<0,001; рис. 8). С переходом на режим фиксации величина пирофос-фата составляла 294+11,7% (Р<0,05). Снижается и интенсивность кровообращения (208+8,7%, Р<0,05; рис. 9). Перед снятием аппарата в сформированном регенерате величина РФП -210+8,6% (Р<0,05). В дальнейшем накопление очень медленно уменьшалось и через 1 год равнялось 143+5,9% (Р<0,05). Через 2 года - еще выше нормы (рис. 10).
Капиллярное кровообращение нормализова-
лось быстрее. Так, уже через 3 месяца после снятия аппарата оно было ускорено на 172+7,0% (Р<0,05), а к концу года приближалось к норме (117+8,3%, Р<0,05).
Рис. 6. Кровообращение в голени здорового человека (сканограмма).
Рис. 7. Интенсивность кровообращения в конечности на 7-й день дистракции (сканограмма).
Рис. 8. Состояние кровообращения в конечности на 14-й день дистракции (сканограмма).
Рис. 9. Существенное ускорение кровообращения в утолщенной голени на 7-й день фиксации (сканограмма).
В ходе исследований нами обнаружено повышенное накопление меченого остеотропного препарата уже с первых дней дистракции. При
анализе рентгенограмм признаки репаративнои регенерации выявлялись на 7-10 дни. К 14-му дню четко прослеживались тени регенерата, разделенные между собоИ зоноИ просветления. Следовательно, возрастающее накопление радионуклида в процессе костеобразования отражает усиление обменных процессов, повышение биосинтеза макромолекул органического мат-рикса и интенсивную его минерализацию.
Рис. 10.Кровоток в конечности через 2 года после утолщения голени у человека (сканограмма).
Во время фиксации (30-45-И дни) повышалась плотность срединноИ зоны просветления. В этом периоде существенно (в 1,7-1,5 раза) уменьшалась величина РФП, свидетельствуя о завершении образования матрикса и его минерализации. Полная перестройка регенерата (по данным рентгенологического исследования) завершалась к 9-10 месяцам. Величина активности радионуклида в это время приближалась к норме.
Капиллярное кровообращение ускорено во время всего периода дистракции. В конце фиксации интенсивность его снижалась. Таким образом, кровообращение и обменные процессы в конечности изменялись однонаправленно. Подобное состояние наблюдалось и до конца лечения.
Содержание минеральных веществ в утолщенной большеберцовой кости и других костях
скелета.
При ширине регенерата в 30 мм содержание минералов составляло 51+3,2%, через 30 дней фиксации - 77+4,3%. В прилежащих участках диафиза большеберцовоИ кости наблюдалась, наоборот, деминерализация и составляла в конце дистракции 22-25% (табл.).
Убыль минеральных веществ в конце дист-ракции отмечена во всех костях скелета, особенно в костях, имеющих трабекулярное строение (пяточная, позвоночник). В конце фиксации деминерализация существенно уменьшалась.
Таблица.
Изменение минеральных веществ (%) в скелете при
Место Дистракция Фиксация
измерения 60 дней 90 дней
Удлиняемый сег-
мент: -34 + 0 1,2 -20 + 0 1,7
проксимальный метафиз Р < 0,01 Р < 0,001
диафиз -12 + 0 0,8 - 6 + 0 0,4
Р < 0,05 Р > 0, 1
дистальный мета- -37 + 0 2,3 -24 + 0 1,6
физ Р < 0,001 Р < 0,001
Пяточная кость -29 + 0 1,7 -18 + 0 1,0
Р < 0,001 Р < 0,001
Бедренная кость: -24 + 0 2,0 -17 + 0 1,4
дистальный метафиз Р < 0,001 Р < 0,001
диафиз ,7 5 0 ,0 о о" +1 1 1 8 Р - 5 + 0 0,2 Р > 0,1
межвертельная область -16 + 0 0,5 Р < 0,01 - 9 + 0 0,4 Р < 0,05
Позвоночник: по- -14 + 0 1,1 - 4 + 0 0,1
ясничный отдел Р < 0,01 Р > 0,2
Плечевая кость: - 9 + 0 0,8 - 3 + 0 0,1
хирургическая Р < 0,05 Р > 0,2
шейка
Лучевая кость: -13 + 0 1,0 - 4 + 0 0,1
дистальный мета- Р < 0,01 Р > 0,2
физ
диафиз - 4 + 0 0,2 Р > 0,2 - 2 + 0 0,1 Р > 0,5
Фаланга (средняя) - 3 + 0 0,3 0
2 пальца кисти Р > 0,2
Сопоставление результатов радионуклидных и рентгенологических данных при точноИ оценке содержания минералов в поврежденном сегменте показало, что они однонаправленно отражают процесс репаративного костеобразования, характеризуя не только структуру образующегося регенерата, но и насыщенность его минералами.
ОБСУЖДЕНИЕ
В наших исследованиях показано, что объем крови, циркулирующеИ в конечности, достигал максимального значения в конце дистракции -начале фиксации. Это происходило за счет ан-гиогенеза и существенного увеличения суммар-
ной площади функционирующих капилляров.
Активность костеобразования и интенсивность кровообращения изменялись однонаправ-ленно. Поэтому объем циркулирующей крови в конце фиксации уменьшался, но положительные
сдвиги сохранялись в течение всей перестройки вновь образованной кости. Перестройка кости обычно длилась в течение 3 -х лет и сопровождалась уменьшением числа капилляров.
С помощью метода фотонной абсорбциомет-рии удалось проследить за изменениями минеральных веществ в сегменте и организме в целом. Содержание минеральных веществ уменьшалось не только в утолщаемом сегменте, но и других костях. В предыдущей работе [3] установлены две основные причины, приводящие к этому: увеличение концентрации гормонов в крови и локальное ускорение кровообращения. Паратирин активизирует резорбтивные процессы.
По существующим представлениям [4] каль-цитонин ослабляет деминерализацию костных фрагментов, тормозит активность остеокластов,
рассасывающих кость, способствует увеличению массы формирующегося регенерата. Сома-тотропин подавляет действие инсулина, стимулирует образование коллагена путем воздействия на биосинтез РНК и ДНК и включение аминокислот в клетки, оказывает влияние на минеральный обмен [5]. В результате такого действия в костных отломках в наших наблюдениях прекращалась убыль минералов и их величина медленно начинала нарастать.
Нами вскрыты внутренние процессы, лежащие в основе стимуляции костеобразования (изменения остеотропных гормонов), кровообращения в конечности, минерализации кости. Благодаря этому появилась возможность научно обоснованно ускорять кровообращение, вносить необходимые коррективы в процесс лечения больных.
1. Коркушко О.В., Саркисов К.Г., Фрейдефельд В.Э. Мышечный кровоток у здоровых людей разного возраста // Мед. радиол. -1988. - № 9. - С. 39-42.
2. Cameron J.R., Sorenson J.S. Measurement of bone mineral in vivo: an improved method // Science. - 1963. - Vol. 142. - P. 230-236.
3. Свешников А.А., Офицерова Н.В., Ральникова С.В. Концентрация гормонов, регулирующих процесс костеобразования и циклических нуклеотидов при переломах длинных трубчатых костей // Ортопед. травматол. - 1987. - N° 9. - С. 30-35.
4. Ziegler N., Deutscher U., Raul F. Calcitonin in human pathophysiology // Hormone Res. - 1984. - Vol. 20. - P. 65-73.
5. Increased bone density after recombinant human growth hormone (GH) therapy in adults with isolated GH deficiency / D.J. O'Halloran, A. Tsatsoulis, R.W. Whitenhouse et al. // J. Clin. Endocrinol. Metab. - 1993. -Vol. 76. - P. 1344 - 1348.
Рукопись поступила 28.11.96 г.
