CC BY
44
УДК [611.018.4:616.718.-001-089.227.84]-092.9
Ключевые слова: остеогенез, травматическое воздействие, бедро, перелом, эксперимент
Key words: osteogenesis, injury, femur, fracture, experiment
Еманов А. А., Горбач Е. Н., Антонов Н. И., Мартель И. И.
ОСОБЕННОСТИ ОСТЕОГЕНЕЗА ПРИ ЛЕЧЕНИИ ДИАФИЗАРНЬГХ ПЕРЕЛОМОВ
бедренной кости в зависимости от тяжести травмы
(ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)
osteogenesis in repair of diaphyseal femoral fractures and its dependence on the energy of injury (experimental study)
ФГБУ «Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. академика Г. А. Илизарова» Министерства здравоохранения Российской Федерации Адрес: 640014, Россия, г. Курган, ул. М. Ульяновой, 6
The Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and orthopaedics of the RF Ministry of Health
Address: 640014, Russia, Kurgan, M. Uljanova street, 6
Еманов Андрей Александрович, к. в. н., ст. научн. сотрудник
Emanov Andrei A., Ph.D. in Veterinary Science, Senior Researcher Горбач Елена Николаевна, к. б. н., ведущий научн. сотрудник Gorbach Elena N., Ph.D. in Biological Science, Leading Researcher Антонов Николай Иванович, к. б. н., научн. сотрудник Antonov Nikolai I., Ph.D. in Biological Sciences, Researcher Мартель Иван Иванович, д. м. н., зав. лабораторией Martel Ivan I., Doctor of Medical Science, Head of the Laboratory
Аннотация. Эксперименты выполнены на 8 взрослых беспородных собаках, которым было проведено комплексное исследование, включающее клинические, рентгенологические, гистологические методы. Животные были разделены на две группы. В первой - моделировали травму низкой интенсивности при помощи долота. Во второй группе моделировали высокоэнергетическую травму с помощью разработанного нами устройства для нарушения целостности кости. В первой группе остеосинтез аппаратом наружной спице-стержневой фиксации осуществляли в первые сутки после травмы, во второй - на третьи сутки.
На основании проведенного исследования выявлено, что заживление переломов бедренной кости напрямую связано с воздействием травмирующего фактора на конечность, а также длительностью временного периода от момента травмы до осуществления репозиции и фиксации костных отломков. Выявлено, что при высокоэнергетической травме срок заживления перелома в условиях чрескостного остеосинтеза значительно увеличивается, остеогенез замедлен, протекает по эндохондральному типу и требует дополнительных стимулирующих воздействий.
Summary. The study was conducted using eight adult mongrel dogs that were divided into two groups. The first group was submitted to a low energy trauma using a chisel and the fracture was fixed with a hybrid ring external apparatus on day one after the trauma. The second group had a high energy injury using the device for the break of the bone that had been designed by us and the fracture was also fixed with a hybrid apparatus including wires and half-pins on day 3 following the injury. Complex clinical examination as well as radiographic and histological methods were used in the research. The study revealed that repair offemoral fractures directly depended on the trauma inducing factor as well as was linked with the latent period duration passed before reduction and fixation of bone fragments. It was revealed that high energy trauma is associated with a longer reparation period. Its osteogenesis is delayed and is of endochondral type requiring stimulation.
Введение
Известно, что местные факторы (смещение отломков, нарушение внутрикостного кровообращения и повреждения окружающих тканей) являются частой причиной замедленного течения консолидации переломов, и конечностей в частности. Нарушение трофики в зоне повреждения конечности,
особенно при высокоэнергетических травмах, является одной из главных причин увеличения сроков сращения перелома [1, 2, 5].
В настоящее время имеются экспериментальные исследования, посвященные изучению репаративной регенерации костной ткани при переломах бедренной кости [3, 8]. Однако данных по сращению переломов
бедра в условиях чрескостного остеосинте-за в зависимости от энергетики травмирующего воздействия и сроков оказания специализированной травматологической помощи не изучалось.
Цель работы - выявить особенности репа-ративной регенерации костной ткани при лечении переломов бедренной кости методом чрескостного остеосинтеза в зависимости от степени повреждения остеогенных тканей и сроках остеосинтеза.
Материал и методы исследования
На 8 взрослых беспородных собаках в возрасте от 1 до 3 лет, массой тела 15-21 кг, с длиной бедра в среднем 18±0,8 см было проведено комплексное исследование, включающее клинические, рентгенологические, гистологические методы.
Животные были разделены на две группы. В первой - моделировали низкоэнергетическую травму при помощи долота, с использованием разработанной нами приставкой-про-тивоупором (рацпредложение № 14/2012), которая позволяет стандартизировать модель перелома диафиза трубчатой кости собаки
(рис. 1а). Во второй группе моделировали высокоэнергетическую травму (рис. 2б) с помощью устройства для нарушения целостности кости [6]. Данное устройство позволяет моделировать оскольчатый перелом с силой удара 27,1 кгЧм/с.
В первой группе остеосинтез бедренной кости аппаратом наружной спице-стержне-вой фиксации [4] осуществляли в первые часы после травмы, во второй - на третьи сутки. Во второй группе после моделирования перелома фиксацию сегмента не производили. Во время оперативного вмешательства во второй группе для устранения смещения отломков использовали скелетное вытяжение [7]. Затем производили остеосин-тез аппаратом наружной спице-стержневой фиксации сегмента, как и в первой группе.
Рентгенологические исследования выполняли в двух стандартных проекциях (прямой и боковой): до операции, после моделирования перелома, после операции, через 7, 14, 21, 30, 45, 60, 90, 100 суток фиксации в аппарате. Выведение животных из эксперимента осуществляли внутривенным введением летальных доз барбитуратов на 45 и 100 суток фиксации
а б
Рис. 1. Рентгенограммы бедренной кости собак после моделирования перелома: а - первая группа, б - вторая группа.
в аппарате. Исследования осуществляли в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных», утвержденных приказом МЗ СССР № 755 от 12 августа 1977 г и требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (Страсбург, 1986).
Для гистологического исследования выпиливали фрагмент бедренной кости, включающий зону перелома и прилежащие концы отломков протяженностью не менее 1,5 см. Материал фиксировали в 10 % растворе нейтрального формалина, декальциниро-вали в смеси соляной и муравьиной кислот, дегидратировали и заливали в целлоидин. Гистологические срезы получали при помощи санного микротома фирмы "ШеЛаМ" и окрашивали гематоксилином и эозином, пикрофуксином по Ван-Гизону, по Массо-ну. Исследования на светооптическом уровне осуществляли при помощи микроскопа «Никмед-5» («ЛОМО», Санкт-Петербург, Россия). Для получения микрофото гистологических препаратов использовали аппаратно-программный комплекс «ДиаМорф» (Москва, Россия), смонтированный на базе большого исследовательского фотомикроскопа ("ОРТО^', Германия).
Результаты исследования
В первой группе экспериментов в течение 3 дней операции отмечали отек в области бедра на 0,5 см. У собак второй серии в тече-
ние 4-5 дней после моделирования перелома было отмечено снижение аппетита, повышение температуры на 0,5 °С. В течение 7 суток после травмы на оперированной конечности определялся отек тестоватой консистенции, превышающий объем мягких тканей вокруг бедра на 3-4 см. В первой группе у животных опорная функция оперированной конечности определялась на 7-10 сутки, во второй -к 28-30 суткам.
В первой группе к 45 суткам фиксации рентгенологически линию перелома перекрывали плотные гомогенные тени, сглаживая ее контуры, в связи с чем она слабо визуализировалась (рис. 2). На уровне перелома определялась незначительная периостальная реакция, тени которой по плотности приближались или соответствовали плотности кортикальных пластинок отломков (материнской кости). Напластования на отломках отсутствовали. У всех животных наблюдалось формирование непрерывной кортикальной пластинки, что являлось критерием для снятия (демонтажа) аппарата.
Во второй группе к этому сроку линия перелома четко просматривалась. Периосталь-ные напластования на отломках располагались на всем их протяжении и достигали в ширину до 15 мм. Отмечалась эндостальная реакция отломков протяженностью до 35 мм. Эндостальные тени слабо выражены.
Гистологически в первой группе к этому сроку в интермедиарной зоне межотлом-
а
б
Рис. 2. Фрагменты рентгенограмм бедренной кости собаки через 45 суток фиксации в аппарате (прямая и боковая проекции): а - первая группа; б - вторая группа.
где
Рис. 3. Гистоструктурные особенности регенерата бедренной кости у животных первой группы эксперимента через 45 суток фиксации конечности в аппарате: а - гистотопограмма регенерата; б - участки кортикальной пластинки, формирующейся в диастазе между отломками; в - участки ретикулярной ткани и гемопоэтического костного мозга в межтрабекулярных промежутках губчатой кости в эндостальной области зоны сращения перелома; г - периостальная спайка, образованная мелкоячеистой губчатой костью ретикулофиброзного строения; д - густая капиллярная сеть и гемопоэтический костный мозг, содержащий колонии жировых клеток в костномозговой полости проксимального костного отломка; е - поперечный срез артерии, расположенной в эндостальной области регенерата. Препараты окрашены: а, б, д - по Массону; в, г, е - гематоксилином и эозином. Увеличение: а - 1,5*; б, в, г, д, е - 100*.
ковой области бедренной кости отмечено формирование непрерывной кортикальной пластинки (рис. 3 а), объединяющей концы отломков, состоящей из компактизирующей-ся губчатой кости (рис. 3б). В эндостальной области межотломкового пространства к этому периоду отмечено формирование крупноячеистой сети костных трабекул с участками ретикулярной ткани и гемопоэтического костного мозга в межтрабекулярных промежутках (рис. 3в). В нем обнаруживались единичные жировые клетки, а также большое количество микрососудов типа синусоидных капилляров с расширенными просветами, в которых наблюдали клетки крови.
С латеральной поверхности отломки дополнительно объединялись за счет неширокой периостальной спайки, образованной мелкоячеистой губчатой костью ретикуло-фиброзного строения (рис. 3г). Выше и ниже места перелома в костномозговой полости определялась густая капиллярная сеть и ге-
мопоэтический костный мозг, содержащий колонии жировых клеток (рис. 3д). В эндо-стальной области наблюдали достаточно крупные, продольно ориентированные сосуды артериального типа с утолщенным мышечным и адвентициальным слоями. В сосудистых каналах визуализировались клетки крови (рис. 3е). Надкостница к этому периоду была лишь незначительно утолщена. В ней определялись микрососуды капиллярного, венозного и артериального типов.
Во второй группе к 100 суткам фиксации линия перелома была завуалирована и просматривалась только с латеральной поверхности. Гомогенные эндостальные тени имели повышенную оптическую плотность. Пери-остальные наслоения компактизировались. После получения отрицательной клинической пробы аппарат демонтировали (рис. 4).
Гистологически к этому сроку костного сращения отломков не наблюдали (рис. 5а). В интермедиарной, эндостальной и перио-
Рис. 4. Фрагмент рентгенограмм бедра собаки второй группы через 100 суток фиксации в аппарате.
стальной зонах межотломкового пространства в этот период определяли преимущественно волокнистую хрящевую (рис. 5в) и плотную неориентированную соединительную ткань (рис. 5б). В некоторые участки хряща в эн-достальной области регенерата прорастали микрососуды капиллярного типа. В каналах
сосудов артериального типа, наблюдаемых в эндостальной области регенерата, обнаружены пристеночные жировые включения, что свидетельствует о возможном развитии жировой эмболии (рис. 5г). Выше и ниже зоны перелома эндостально обнаруживалась средне-ячеистая губчатая кость с фиброзированным костным мозгом (рис. 5д), лишь в некоторых участках обнаруживалась ретикулярная ткань с жировыми и кроветворными клетками.
В проксимальной части регенерата и прилежащих отломках с латеральной поверхности в некоторых случаях наблюдали развитие периостита. Периостальные разрастания до 3 см в длину и до 1,8 см в ширину были представлены резорбирующейся трабекулярной сетью с жировым костным мозгом в межтра-бекулярных промежутках (рис. 5е). Надкостница в зоне повреждения была значительно утолщена. В некоторых сосудах периоста отмечены надрывы внуренних слоев их стенок. Просветы некоторых микрососудов были об-литерированы.
а
ш
б
где Рис. 5. Гистоструктурные особенности регенерата бедренной кости у животных второй группы эксперимента через 100 суток фиксации конечности в аппарате: а) гистотопограмма регенерата; б) участок плотной неориентированной соединительной ткани в межотломковой области; в) участок волокнистой хрящевой ткани в межотломковой области; г) пристеночно расположенные жировые включения в каналах сосудов артериального типа; д) фиброзно измененный костный мозг; е) резорбирующаяся периостально образованная губчатая кость в проксимальном отломке бедренной кости. Окраска: а - по Массону; б, в, г, д, е - гематоксилином и эозином. Увеличение: а - 1,5*, б-е - 100*.
в
Обсуждение результатов
На основании клинических исследований выявлено, что при высокоэнергетической травме с повреждением костных и мягкотка-ных структур реакция поврежденной конечности на травму более тяжелая, функция ее восстанавливается более продолжительное время, чем при низкоэнергетических переломах.
Рентгенологические исследования свидетельствуют о том, что при данном виде травмы в регенерате более выражен перио-стальный остеогенез и сроки сращения значительно увеличиваются.
Морфологические исследования показали, что в первой группе через 45 суток фиксации конечности в аппарате между костными отломками формировалось костное сращение. Строение контактного регенерата было приближено к типическому с сохранением признаков органотипической перестройки. Во второй группе даже к 100 суткам фиксации костного сращения отломков не наблюдали. Регенарат имел мозаичное строение и был представлен участками среднеячеистой губчатой кости с фиброзированным костным мозгом, волокнистой хрящевой и соединительной тканью.
Заключение
Таким образом, проведенное исследование показало, что заживление переломов бедренной кости напрямую связано с воздействием травмирующего фактора на конечность, а также длительностью временного периода от момента травмы до осуществления репозиции и фиксации костных отломков. Выявлено, что при высокоэнергетической травме, срок заживления перелома в условиях чрескостного остеосинтеза значи-
тельно увеличивается, остеогенез замедлен, протекает по эндохондральному типу и в процессе фиксации нуждается в дополнительном стимулирующем воздействии.
Список литературы
1. Еманов, А. А Репаративная регенерация костной ткани при лечении переломов костей предплечья у собак методом чрескостного остеосинтеза в условиях ургентной и отсроченной репозиций отломков / А. А. Еманов, Е. Н. Горбач, В. И. Шевцов // Ветеринарная патология. - 2009. - № 3. - С. 84-88.
2. Лаврищева, Г. И. Морфологические и клинические аспекты регенерации опорных тканей / Г. И. Лаврищева, Г. А. Оноприенко. - М. : Медицина, 1996. - 234 с.
3. Стогов, М. В. Оценка репаративного остео-генеза при заживлении переломов бедра у собак / М. В. Стогов, Е. В. Дюрягин, Н. В. Тушина // Ветеринария. - 2007. - № 2. - С. 60-61.
4. Шрейнер, А. А. Остеосинтез спицестержневыми конструкциями бедра и плеча у домашних животных / А. А. Шрейнер, Н. В. Петровская, С. А. Ерофеев // Гений ортопедии. - 1996. - № 2-3. - С. 122.
5. Шугаров, Н. А. Клиническая и экспериментальная оценка некоторых методов остеосинтеза трубчатых костей / Н. А. Шуганов, Н. А. Арапов // Ортопедия, травматология и протезирование. - 1980. -№ 5. - С. 9-13.
6. Пат. 115540 Российская Федерация. Устройства для нарушения целостности кости / Еманов А. А., Самусенко Д. В., Сысенко Ю. М., Дюрягин Е. В. ; заявитель и патентообладатель ФГУН «РНЦ «ВТО» им. акад. Г. А. Илизарова. - № 2011141157/14 ; заявл. 10.10.2011 ; опубл. 27.04.2012, Бюл. № 12.
7. Пат. 2278632 Российская Федерация. Способ скелетного вытяжения переломов конечностей у домашних животных и устройство для его осуществления / Ерофеев С. А., Степанов М. А., Дюрягин Е. В. ; заявитель и патентообладатель ФГУН «РНЦ «ВТО» им. акад. Г. А. Илизарова. - № 2004100669/13 ; заявл. 20.06.2005 ; опубл. 27.06.2006.
8. Abass, B. T. Effects of tiludronate on healing of femoral fracture in dogs / B. T. Abass, H. A. Shekho // Iraqi J. Vet. Sci. - 2009. - Vol. 23, Suppl. II. - Р. 129-134.
Подпишись на рассылку новостей Института Ветеринарной Биологии для специалистов, чтобы первым узнать о новых учебных программах, методических разработках в области диагностики и лечения мелких домашних животных: www.invetbio.spb.ru/subscribe.htm
Ф
