CC BY
183
УДК 616.716.2-001.5-003.93:613.98
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕПАРАТИВНОГО ОСТЕОГЕНЕЗА ЧЕЛЮСТЕЙ
© Иорданишвили А.К.1’2, Слугина А.Г.3, Балин Д.В.4, Сериков А.А.2
1 Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова, Санкт-Петербург; 2 Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова, Санкт-Петербург;
3 Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии, Санкт-Петербург;
4 Национальный медико-хирургический Центр имени Н.И.Пирогова, Москва
E-mail: [email protected]
В статье представлены результаты доклинического исследования возрастных особенностей репаративной регенерации костной ткани нижней челюсти экспериментального животного (крысы). С использованием гистологического и морфометрического методов, показано, что в течении процесса репаративного остеогенеза нижней челюсти с учетом возраста существуют существенные различия как по сроку образования костного регенерата, так и его тканевому составу. В частности, у старых животных, по сравнению со зрелыми животными, процесс репаративного остеогенеза в стандартном дефекте нижней челюсти протекает более длительно, с формированием сложного тканевого регенерата, содержащего большой процент соединительной и хрящевой ткани.
Ключевые слова: геронтостоматология, костная ткань, возрастные особенности, репаративный остеогенез, нижняя челюсть, оптимизаторы остеогенеза, остеогистология.
AGE-RELATED FEATURES OF JAW REPARATIVE OSTEOGENESIS Iordanishvili A.K.1’2, Slugina A.G.3, Balin D. V.4, Serikov A.A.2
1 North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov, St. Petersburg; 2 Military Medical Academy named after S.M. Kirov, St. Petersburg; 3 St. Petersburg Institute of Bioregulation and Gerontology, St. Petersburg;
4 N.I. Pirogov National Medical Surgical Center, Moscow The article presents the results of pre-clinical studies of age-related characteristics of bone reparative regeneration in the lower jaw in an experimental animal (rat).By using histological and morphometric methods it has been shown that during the process of reparative osteogenesis of the mandible with regard to age, there are significant differences both in the term of callus formation, and in its tissue-composition. In particular, in older animals compared with mature ones the process of reparative osteogenesis in standard defect of mandible lasts longer with the formation of complex tissue containing high percentage of connective and cartilage tissue.
Keywords: gerontostomatology, bone tissue, age-related characteristics, reparative osteogenesis, the lower jaw, osteogenesis optimizers, osteogistology.
В современной медицине проблема оптимизации репаративной регенерации костной ткани приобретает большое значение, что связано с развитием таких разделов здравоохранения, как медицина катастроф, военная медицина, из-за локальных вооруженных конфликтов, возросшего травматизма, а также из-за использования при стоматологической реабилитации, в том числе людей пожилого и старческого возраста, современных технологий: аугментация альвеолярных отростков (частей) челюстей, дентальная имплантация и т.п. Это актуально для клинической гериатрии и геронтостоматологии [1, 2].
В современной стоматологической практике часто применяются хирургические методы лечения при наличии у пациентов периапикальных и пародонтальных очагов одонтогенной инфекции, кист челюстей, дистопии и ретенции третьих моляров, а также при лечении пациентов с частичной и полной утратой зубов при использовании дентальной имплантации [1]. Выполнение этих хирургических вмешательств в большинстве слу-
чаев сопряжено с травмой костной ткани челюстей, а также образованием в них дефектов, скорейшее заживление которых должно являться неотъемлемой задачей стоматологического лечения, так как направлено на скорейшую стоматологическую реабилитацию пациентов [5]. Поэтому вопросы регенерации костной ткани челюстей, разработка вопросов оптимизирующего воздействия на репаративный остеогенез являются актуальными для современной медицины и стоматологии. В стоматологии и челюстно-лицевой хирургии поиск путей оптимизации репаративного остеогенеза также связан с развитием дентальной имплантологии, а также совершенствованием хирургических вмешательств на челюстях и других костях лицевого скелета по поводу самых разнообразных стоматологических заболеваний (периодонтиты, кисты, пародонтиты, новообразования и др.) или врожденных и приобретенных дефектов и деформаций лица и челюстей [6].
В настоящее время в стоматологии для восстановления целостности альвеолярных отрост-
ков (частей) челюстей чаще всего используют аутогенные, аллогенные и ксеногенные трансплантаты, искусственно синтезированные минеральные компоненты костного матрикса (гидрок-силапатит, трикальцийфосфат) в различных формах и сочетаниях, или в сочетании с белками (коллаген), сульфатированными гликозаминогли-канами, а также в сочетании с химическими соединениями - сульфатами или фосфатами кальция [4, 7, 8]. В последние годы все более широкое использование в клинической практике получают ультрадисперсные и наноструктурированные формы искусственно синтезированных минеральных компонентов костного матрикса [8].
В настоящее время, хотя до конца и не решены главные вопросы регенерационного остеогенеза, а именно: о происхождении остеогенных клеток, их пролиферации, дифференцировки и специфической функции, а также роли межклеточного вещества, все же общепринято выделять две основные фазы в процессе восстановления костной ткани [3], а именно: фазу пролиферации и дифференциации в посттравматическом гистогенезе, в результате которой в зоне бывшего дефекта кости формируется сложный по своему тканевому составу регенерат, включающий волокнистую соединительную, хрящевую и ретику-лофиброзную костную ткани, а также адаптивную фазу процесса заживления костного дефекта или перелома. Эта фаза имеет пролонгированное течение и в результате её завершения происходит замещение соединительной и хрящевой тканей в посттравматическом дефекте ретикулофиброзной костной тканью с последующей её ремоделяцией в пластинчатую костную ткань.
Также до настоящего времени не существует ответа на вопрос об источниках образования остеогенных клеток, участвующих в посттравма-тическом остеогенезе, хотя он и имеет более чем вековую историю. Считается, что остеогенные клетки, поддерживающие популяцию и дифференцирующиеся в остеобласты, локализуются во внутреннем слое надкостницы, в эндосте, среди клеток стромы костного мозга. Интересно положение, высказанное M. Owen (1980), что рыхлая волокнистая соединительная ткань надкостницы, эндоста, каналов остеонов является продолжением тканевых элементов стромы костного мозга. То есть строма костного мозга рассматривается не только как опорная тканевая структура, а главным образом как место сосредоточения клеток различной детерминации, разных потенций к дифференцировке, с разнообразными функциями, находящихся в кооперативных взаимоотношениях друг с другом, формирующих элементы микроокружения [3]. Кроме этого необходимо отметить, что в наши дни также общепринято положе-
ние о том, что костномозговые стромальные клетки гистологически различны от кроветворных элементов. С учетом этого положения кле-точно-дифферонная организация гистогенеза при посттравматическом остеогенезе выглядит следующим образом. Стволовая стромальная клетка, является предшественником периваскулярной клетки. Последние, будучи полипотентными при наличии различных факторов микроокружения и индукции, могут пройти следующие пути диффе-ренцировки:
префибробласт ^ фибробласт ^ фиброцит; прехондробласт ^ хондробласт ^ хондроцит; преостеобласт ^ остебласт ^ остеоцит, формируя соответственно волокнистую соединительную ткань, гиалиновую хрящевую ткань либо костную ткань [3].
Говоря о происхождении остеокластов, считается, что эти клетки, моноциты и макрофаги имеют общее происхождение из стволовой клетки крови и объединяются в единую фагоцитарную систему [8].
Таким образом, с позиций общих закономерностей гистогенеза, в настоящее время можно получить целостное представление по вопросам остеогистогенеза после механических или огнестрельных повреждений разных костей, а также на основании клинического опыта специалистов и большого ассортимента оптимизаторов репара-тивного остеогенеза, осуществить достаточно обоснованный выбор средств, оптимизирующих регенерацию костной ткани, в частности для стоматологической практики, где наиболее часто травмы, в том числе операционные, приходятся на альвеолярные отростки (части) челюстей.
В то же время вопросам возрастных особенностей репаративной регенерации костной ткани посвящены единичные публикаци. В них указывается, что при старении значительно снижаются количественные и качественные характеристики пролиферативного процесса, что отражается на выраженности восстановительного процесса при заживлении дефектов костного скелета, а именно восстановление костной ткани в зоне бывшего дефекта у старых животных характеризуется вялым течением и слабой активацией стромальной ткани по периферии дефекта [7]. При этом научных работ, рассматривающих возрастные особенности регенерации костной ткани челюстей, практически нет.
Целью настоящего экспериментального исследования было проведение сравнительного изучения возрастных особенностей регенерации костной ткани челюстей у молодых и старых крыс.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Экспериментальное исследование по изучению возрастных особенностей репаративного остеогенеза проведено на 30 белых крысах-самцах линии Вистар массой 100 - 150 г по методике М.М. Соловьева и соавт. (1992). Крысы были разделены на 2 группы: 1-я (контрольная) - 15 крыс в возрасте 12 месяцев (зрелость) и 2-я (опытная) группа - 15 крыс в возрасте 22-24 месяца (старость).
Животным обеих групп под внутрибрюшин-ным гексеналовым наркозом удаляли левый нижний резец. Для этого с помощью тонкой заточенной гладилки вначале отслаивали десну и пересекали ткани периодонта на глубину до 5 мм, а затем с помощью кровоостанавливающего зажима типа «москит», в котором заранее была отмоде-лирована форма обеих щечек рабочей части инструмента путем их истончения и создания в них незначительных округлых углублений, удаляли левый нижний резец. У животных обеих групп после удаления зуба края десны над лункой сближали швом, что позволяло уменьшить зияние лунки удаленного зуба и создать наиболее оптимальные условия для формирования кровяного сгустка, а в последующем для его формирования и замещения, в процессе регенерации костной ткани, новообразованными тканями.
Животных выводили из опыта на 10, 20, 30, 60, 120 сутки после выполнения им операции по удалению зуба. После этого препарат нижней челюсти фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина, а затем декальцинировали в растворе с использованием аппарата ГБИ-1, проводили по восходящим спиртам, заливали в парафин и готовили срезы толщиной 5 мкм, которые окрашивали гематоксилином и эозином и по Ван-Гизону. Оценку течения процесса репаративного остеогенеза в лунке удаленного зуба у крыс обеих групп осуществляли с помощью световой микроскопии и морфометрии. При этом оценивали на единицу площади в процентном отношении доли костной, хрящевой и соединительной тканей в составе по-сттравматического регенерата. Просмотр и фотографирование срезов при различных увеличениях проводили в светооптическом микроскопе фирмы OPTON при разных увеличениях объектива и окуляра. Также в данном исследовании была использована электронная микроскопия, для которой материал готовился согласно рекомендациям Д.В. Абрамова и А.К. Иорданишвили (2011). Все хирургические вмешательства проводились с соблюдением правил и требований, предъявляемых к оборудованию, инструментарию, асептике и антисептике, в соответствии с ныне действующи-
ми «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приказ Министра здравоохранения № 755 от 12 августа 1977 года). Статистическая обработка полученных данных проведена с использованием пакета Statistika 8.0 (Statsoft, США). Для определения статистической значимости полученных данных использовали ^критерий Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение заживления костного дефекта челюсти у зрелых животных на 10-е сутки эксперимента показало, что полости были заполнены реактивно измененной рыхлой соединительной тканью, в которой отмечались единичные полиморфноядерные лейкоциты и круглоклеточные элементы. Местами, по краю и дну дефекта (лунки), можно было отметить образование в центростремительном направлении балок ретикулофиб-розной костной ткани (рис. 1а). В опытной группе на 10-е сутки эксперимента костный дефект нижней челюсти также, как и у животных контрольной группы, был заполнен реактивно измененной рыхлой соединительной тканью (рис. 1б), местами обнаруживались единичные нейтрофильные гранулоциты, сохраняющие морфологические признаки своего строения. Только в области дна и прилежащих к нему стенок бывшего дефекта отмечались признаки образования балок ретикуло-фиброзной костной ткани.
На 20-е сутки эксперимента у животных контрольной группы балки новообразованной рети-кулофиброзной ткани определялись как по периферии бывшего дефекта (лунки), так и в центральной его части. Наиболее активное новообразование балок ретикулофиброзной костной ткани отмечено все же по краю дефекта (рис. 2а). Следует отметить, что балки ретикулофиброзной костной ткани были покрыты многочисленными остеобластами, находящимися в активном состоянии, о чем свидетельствовала их ультраструктурная характеристика в виде многочисленных полостей гранулярной эндоплазматической сети, заполненными содержимым умеренной электронной плотности (рис. 2б). В опытной серии животных на этот же срок было отмечено активное формирование балок ретикулофиброзной костной ткани исключительно по краю дефекта. При этом большую часть бывшего дефекта занимала рыхлая волокнистая соединительная ткань (рис. 2в).
На 30-е сутки эксперимента у животных контрольной и основной групп лунка удаленного зуба была заполнена сложным тканевым регенератом, в котором преобладала соединительная ткань
а) б)
Рис. 1. Регенерационный остеогистогенез на 10-е сутки эксперимента (послеоперационная костная полость заполнена рыхлой соединительной тканью): а) контрольная группа; б) опытная группа. Гематоксилин и эозин, х240.
я * -
б)
в)
Рис. 2. Регенерационный остеогистогенез на 20-е сутки эксперимента: а) остеобласт с большим числом полостей гранулярной эндоплазматической сети (контрольная группа, электронная микроскопия х6500); б) контрольная группа (периостальные и интермедиарные балки ретикулофиброзной ткани); в) опытная групппа (образование балок ретикулофиброзной ткани только по краям дефекта). Гематоксилин и эозин, х240.
разной степени зрелости. В то же время у животных контрольной группы (рис. 3а) в составе тканевого регенерата ретикулофиброзной ткани было в процентном соотношении больше, а молодой
гиалиновой хрящевой ткани меньше, чем у животных опытной группы (рис. 3б). Кроме того, в контрольной серии на этот срок исследования можно было определить начинающиеся процессы
а) б)
Рис. 3. Регенерационный остеогистогенез на 30-е сутки эксперимента: а) контрольная группа (начинающиеся процессы перестройки регенерата, выполненного ретикулофиброзной тканью); б) опытная группа (ретикулофиброзная ткань в полости бывшего дефекта). Гематоксилин и эозин, х 240.
% . ,
jiff-
leriS %
ЬШжл‘: * «•* •: f *
Рис. 4. Регенерационный остеогистогенез на 60-е сутки эксперимента: а) контрольная группа (четкие процессы ремоделирования регенерата: формирующиеся остеоны и пластинчатая костная ткань); б) опытная группа (Начинающиеся процессы перестройки регенерата). Гематоксилин и эозин, х 240.
перестройки костного регенерата и единичное появление пластинчатых структур при хорошей васкуляризации сложного тканевого регенерата (рис. 3 а), заполнявшего полость бывшего дефекта челюсти.
Спустя 60 суток от начала эксперимента у животных контрольной серии бывший дефект нижней челюсти, образовавшийся после удаления левого резца, полностью был заполнен ретикулофиброзной костной тканью с признаками его перестройки. Четко определялся ряд стадий созревания, ремоделирования костных структур, а именно: мощные балки ретикулофиброзной ткани, формирующиеся остеоны и пластинчатая костная ткань (рис. 4а). На этот же срок эксперимента у животных опытной группы также определялись процессы репаративной регенерации костной ткани, а в том числе начинающиеся процессы перестройки костного регенерата (рис. 4б). Однако при этом новообразованные ткани, заполняющие бывший костный дефект, образовавшийся после удаления нижнего левого резца, сохра-
няли признаки сложного тканевого регенерата (рис. 4б).
Спустя 120 суток от начала эксперимента у животных контрольной группы процесс заживления костного дефекта можно было считать завершенным, так как в костном регенерате процессы ремоделирования были практически завершены с формированием гаверсовых систем, характерных для пластинчатой костной ткани (рис. 5а). У животных опытной группы на этот срок исследования бывший костный дефект нижней челюсти хотя и был заполнен костной тканью, однако процессы её ремоделирования были значительно менее продвинуты, чем в контрольной группе, так как можно было четко определить разные стадии созревания костных структур, а именно: наряду с формирующимися остеонами и пластинчатой костной тканью сохранялись балки ретикулофиб-розной костной ткани (рис. 5б). Кроме того, местами можно было отметить островки гиалинового хряща и зрелой волокнистой соединительной ткани, что свидетельствовало о сохранении
а) б)
Рис. 5. Регенерационный остеогистогенез на 120-е сутки эксперимента: а) контрольная группа (процессы ремоделирования регенерата практически завершены, вновь образованная пластинчатая костная ткань с формированием гаверсовых каналов); б) опытная группа (незавершенные процессы ремоделирования регенерата, сохраняются балки ретикулофиброзной ткани наряду с пластинками молодых остеонов). Гематоксилин и эозин, х 240.
Контрольная группа (зрелые особи)
120 суток
60 суток
30 суток
20 суток
10 суток
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Опытная группа (старые особи)
120 суток
60 суток
30 суток
20 суток
10 суток
0% 20% 40% 60% 80% 100%
^ Рыхлая соединительная ткань III Ретикулофиброзная ткань ■ Пластинчатая костная ткань
Рис. 6. Динамика и соотношение элементов регенерата при регенерационном остеогистогенезе нижней челюсти у зрелых и старых крыс на разные сроки эксперимента, усл. ед. (%)
разнородности образовавшегося регенерата у животных основной группы.
На рисунке 6 представлена динамика показателей репаративного остеогенеза, таких как пролиферация и соотношение тканей при регенера-
ционном остеогистогенезе нижней челюсти у зрелых и старых крыс в разные сроки эксперимента. Таким образом, можно утверждать, что проведенное гистологическое и морфометрическое исследование тканевого состава регенерата в лунке
удаленного левого резца нижней челюсти зрелых и старых крыс в разные сроки эксперимента (от 10 до 120 суток), а также статистический ана- 1
лиз полученного при морфометрии костного регенерата цифрового материала выявил возрастные особенности течения репаративной регенерации костной ткани нижней челюсти, а также раз- 2
личие в сроках заживления и качестве регенерата у зрелых и старых крыс. У последних процесс репаративного остеогенеза в стандартном дефекте 3
нижней челюсти, возникшем после удаления левого резца, протекает более длительно, с формированием сложного тканевого регенерата, значи- 4
тельная часть которого представлена зрелой соединительной и хрящевой тканями, сохраняющихся в виде островков к окончанию эксперимента, то есть на 120-е сутки. 5
Результаты доклинического исследования по исследованию возрастных особенностей репара-тивной регенерации костной ткани нижней челю- 6
сти экспериментального животного, с использованием гистологического и морфометрического методов, показали, что в течение процесса репа-ративного остеогенеза нижней челюсти у зрелых и старых крыс (то есть с учетом возраста) существуют существенные различия как по сроку образования костного регенерата, так и его тканевому составу. Установлено, что у старых животных по сравнению со зрелыми животными процесс репаративного остеогенеза в стандартном 8
дефекте нижней челюсти протекает более длительно, с формированием сложного тканевого регенерата, содержащего большой процент соединительной и хрящевой ткани.
ЛИТЕРАТУРА
Абрамов Д.В.’ Иорданишвили А.К. Стоматологические конструкционные материалы: патофизиологическое обоснование к оптимальному использованию при дентальной имплантации и протезировании. - СПб. : Нордмедиздат, 2011. - 162 с. Анисимов В.Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения. - СПб. : Наука, 2008. -Т. 2. - 434 с.
Гололобов В.Г.’ Деев Р.В. Стволовые стромальные клетки и остеобластический клеточный диффе-рон // Морфология. - 2003. - Т. 123, № 1. - С. 9-19. Григорьян А.С. Воложин А.И., Агапов А.С. Остео-пластическая эффективность различных форм гидроксиапатита по данным экспериментальноморфологического исследования // Стоматология. -2000. - № 3. - С. 8-13.
Иорданишвили А.К. Хирургическое лечение периодонтитов и кист челюстей. - СПб. : Нордмедиздат, 2000. - 217 с.
Иорданишвили А.К., Гололобов В.Г. Репаративный остеогенез: теоретические и прикладные аспекты проблемы // Клиническая стоматология / Под ред. проф. А.К. Иорданишвили. - М. : Медицинская книга, 2010. - С. 395-405.
Ковалевский A.M., Иорданишвили А.К., Гущин П.А. Экспериментальное изучение влияния на репаративный остеогенез челюстей материала на основе хонсурида, трикальцийфосфата и гидроксилапати-та // Клиническая имплантология и стоматология. - 1997. - № 3. - С. 68-70.
Mahr M.A., Bartley G.B., Bite U., Clay R.P., Kasper-bauer J.L.’ Holmes J.M. Norian craniofacial repair system bone cement for the repair of craniofacial skeletal defects // Ophthal. Plast. Reconstr. Surg. - 2000. -Vol. 16, N 5. - Р. 393-398.
