CC BY
15
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 616.71 - 001.5 - 07
В.К. Камерин, А.Н. Дьячков, И.И. Гордиевских, АЛ. Свешников
ЗАМЕЩЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ДЛИННЫХ КОСТЕЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
Проблема реабилитации больных с дефектами длинных трубчатых костей и мягких тканей в настоящее время приобрела важное меди-ко-биологическое и социальное значение. Это обусловлено ростом травматизма во всех индустриально развитых странах, увеличением катастроф, локальных военных конфликтов и широкими показаниями к хирургическим методам лечения в онкологии. Новый подход к решению проблемы при лечении больных с дефектами длинных костей был указан ГА Илизаровым (1967-1992), который пришел к убеждению, что только одновременное создание оптимальных условий для регенерации тканей и анатомо-функционального восстановления поврежденной или больной конечности (полное сопоставление отломков костей), высокая прочность фиксации, максимальное сохранение кровоснабжения поврежденной кости, опорной и двигательной функции поврежденной конечности, а также мобильности бального с первых дней лечения позволит сократить сроки и улучшить исходы лечения переломов, их последствий и многих ортопедических заболеваний [1,2,3,9,10,13,16,19,20,22,23].
Цель исследования - дать экспериментальное обоснование разработанных в РНЦ «ВТО» им. акад. ГА Илизарова методик лечения больных с дефектами длинных костей.
Материал и методы
Эксперимент проведен на 110 взрослых беспородных собаках при соблюдении правил
обращения с животными в соответствии с требованиями Европейской конвенции [8]. В условиях операционной под внутривенным тио-пенталовым наркозом резецировали участок диафиза берцовых костей. Концы отломков сближали до контакта и создавали компрессию на их стыке. Через 7 суток компрессии возмещали полученный дефект (25-30% длины голени) дистракцией с темпом 0,5-1 мм в день в течение 14-56 суток, у части животных - до восстановления первоначальной длины голени, затем осуществляли фиксацию (7-120 суток), после чего аппарат снимали и животные наблюдались в течение года. На всех этапах эксперимента комплексно (клинический, рентгенологический, физиологический, ра-дионуклидные методы исследования, прижизненная и посмертная ангиография, морфологические исследования) изучали функциональные резервы организма, его адаптационно-компенсаторные реакции на травму, особенности регенерации костной ткани, обменных процессов и кровоснабжения формирующегося дистракционного регенерата.
Рентгенологически изучали особенности костной структуры поврежденного сегмента, динамику формирования и перестройки регенерата, состояние магистральных сосудов конечности - путем артерио-, флебо- и лимфографии.
Состояние сосудистой системы в конечности изучали с помощью импедансной плетизмографии (РГ4-01 и <'Мингограф-82», Швеция). Радио-нукщцные исследования костной ткани (минерализация, микроциркуляция и кровообращение)
проводили на планисканере фирмы «Рао(ах» с использованием 99М Тс и 99М Тс-ДГПА.
Контролем служили результаты исследований до оперативного вмешательства, которые принимались за 100%. Из полученных данных составляли невзвешенные вариационные ряды, определяли средние, ошибку, достоверность средних и их различий по Стьюденту. Все средние приведены с уровнем достоверности 95%.
Результаты и обсуждение
На 3-й и 5-й дни периода компрессии рентгенологических признаков репаративной реакции ни со стороны эндоста, ни со стороны периоста не определялось. Начальные признаки остеогенеза обнаруживались на 7-е сутки компрессии.
В периоде дистракции (21-е сутки) репа-ративные и формообразовательные процессы у животных со стабильной фиксацией протекши, в принципе, однотипно, с образованием в зоне диастаза типичного дистракционного регенерата с характерной зональностью (рис.1). Определенные особенности имелись
в группах с различными условиями кровоснабжения костных фрагментов и темпом дистракции; вьивлялась явная зависимость репаративной реакции от темпа дистракции, степени нарушения кровоснабжения и жесткости фиксации. При одинаковой величине регенерата, но разном темпе дистракции, срединная зона просветления была неодинаковой по высоте. При повреждении канальной части питающей артерии зона просветления располагалась ближе к проксимальному отломку. Нестабильность фиксации отражалась на формировании регенерата, что проявлялось более высокой зоной просветления и выраженной периостальной реакцией.
К концу периода дистракции (49-56 дней) костный регенерат, разделенный зоной просветления высотой 3-6 мм, был гомогенным у опилов и исчерченным в середине. Корковая пластинка регенерата с одной или двух сторон доходила до срединной зоны просветления. Плотность периферических отделов регенерата и прилежащих к нему участков диафиза была почти одинакова.
а 6 в г д е ж з
Рис. 1. Рентгенограммы костей голени при замещении диафизарного дефекта: а - после резекции участка диафиза; б — после сближения фрагментов и создания компрессии на их стыке; в-21 день дистракции; г-30 дней дистракции; д-45 дней фиксации; е- 75 дней фиксации; ж - 90 дней после снятия аппарата; з - 300 дней после снятия аппарата
Перестройка регенерата в периоде фиксации зависела от условий, в которых происходило его формирование в периоде дистрак-ции: от тяжести нарушения кровообращения в отломках, темпа дистракции и жесткости фиксации. При больших нарушениях кровоснабжения (повреждение канальной части питающей артерии), менее стабильной фиксации отломков и большем темпе дистракции срединная прослойка регенерата была более выраженной и более длительным был период органотипической перестройки регенерата -замещение срединной зоны просветления костной тканью, формирование кортикальной пластинки и костно-мозговой полости. К 30-45-м дням фиксации регенерат еще более уплотнялся и имел мелкоячеистую или гомогенно-исчерченную структуру. У большинства животных определялось уплотнение в срединной зоне. Граница регенерата и прилежащей кости в большинстве наблюдений была почти неразличима. Корковая пластинка регенерата прерывалась в области срединной зоны просветления, толщина ее достигала 1-1,5 мм. К 75-90-м дням фиксации у большинства собак отмечалось формирование единой корковой пластинки, которая была несколько тоньше в области бывшей срединной зоны, имеющей участки просветления и уплотнения. Костно-моз-говые полости в регенерате у концов фрагментов преимущественно между собой не соединялись. При нестабильной фиксации в эти сроки почти у всех собак сформировался ложный сустав с характерным истончением концов и образованием замыкательных пластинок на их вершине.
После снятия аппарата происходила дальнейшая перестройка регенерата, постепенно уменьшалась его рентгенологическая плотность в месте бывшей зоны просветления. Вновь сформированный участок кости имел строение губчатой кости. К 45-му дню этого периода эксперимента в некоторых наблюде-
ниях еще сохранялось уплотнение на месте бывшей зоны просветления. Корковая пластинка по плотности и толщине приближалась к таковой прилежащих участков диафиза. Сливались костно-мозговые полости, отходящие от проксимального и дистального фрагментов, образуя единую костно-мозговую полость, несколько суженную на уровне регенерата. К 90-му дню новообразованный участок диафиза по структуре мало отличался от прилежащих отделов. Диаметр костно-мозговой полости был одинаков и лишь у некоторых собак незначительно уменьшен. Корковая пластинка компак-тизировалась и в ряде наблюдений была толще корковой пластинки смежных участков. При темпе 0,75-1 мм в день концы отломков у части животных по плотности еще значительно отличались от регенерата. К 150-180-м суткам происходила полная перестройка новообразованного участка диафиза, и он почти не отличался от остальных диафизарных отделов большеберцовой кости.
Таким образом, рентгенологическая картина процессов регенерации и перестройки кости в процессе замещения дефекта диафиза позволяет говорить о значительных качественных и количественных различиях протекания их в зависимости от условий: начала дистракции, темпа дистракции, возраста, уровня резекции и величины создаваемого дефекта, степени фиксации и нарушения кровообращения в отломках.
При морфологических исследованиях период компрессии характеризовался эндо-стальной реакцией, определяемой у концов опилов начиная с 3-5-х суток, пролиферацией клеточных элементов костного мозга и образованием скелетогенной ткани. На просветленных препаратах в межфрагментарной щели наблюдалось образование сосудистых связей в виде расширенных капилляров, заполненных тушью. После 7 суток компрессии при повреждении нисходящей ветви питающей артерии в
костномозговой полости проксимального отломка на протяжении 4 мм от опила выявлялась прогрессирующая эндостальная реакция. Новообразованные костные балочки найдены и в интрамедуллярной зоне. На уровне опила, в центральной части, преобладала пролифери-рующая скелетогенная ткань с небольшим количеством новообразованных капилляров. В дистальном отломке на большом протяжении определялся некротизированный костный мозг с обширными кровоизлияниями.
На просветленных препаратах сосуды корковой пластинки проксимального отломка были заполнены тушью. В костно-мозговой полости наблюдалась гиперваскуляризация костного мозга, на уровне опила выявлялись новообразованные капилляры. В дистальном отломке корковая пластинка была аваскулярна на протяжении 12-14 мм от опила, сосуды ко-стно-мозговой полости не налиты краской на еще большем протяжении.
В наблюдениях с повреждением канальной части питающей артерии в обоих отломках отмечена слабая рспаративная реакция. В костно-мозговой полости проксимального отломка выявлялась скелетогенная ткань и небольшое количество молодых костных бало-чек, в костно-мозговой полости дистального отломка преобладали явления фибробластиче-ской дифференцировки. У краев опилов - излившаяся кровь и костные опилки. Псрио-стальные наслоения, как и в предыдущем наблюдении, не достигали опилов. Период последующей дистракции характеризовался усилением репаративной реакции. На 7-14-е сутки у концов отломков определялись молодые костные балочки, являющиеся продолжением расположенных в средних отделах диастаза продольно ориентированных пучков коллаге-новых волокон, между которыми находились сосуды капиллярного типа и фибробластопо-добные клетки - так называемая «зона роста»
(рис.2). На 30-45-е сутки дистракции регенерат, заполняющий весь диастаз, состоял из значительных по высоте костных отделов и связывающей их в средней части диастаза полоски волокнистой ткани - «зоны роста» высотой 2-4 мм, состоящей из натянутых вдоль оси кости коллагеновых волокон. У концов отломков костные балочки регенерата приобретали пластинчатое строение, а ближе к середине диастаза имели грубоволокнистый характер. На границе костных отделов с «зоной роста» располагались зоны перехода волокнистых структур в состав формирующейся кости, где наблюдалась пролиферация остеобластиче-ских элементов, как и у опилов фрагментов, с более густо расположенной сетью капилляров, непосредственно связанных с более широкими сосудами концов отломков (рис.3). В участках пролиферации на 21-е сутки дистракции было 82±4,5, а на 30-е- 81±3,7 сосудов на 1 мм2. В конце периода дистракции в новообразованном участке диафиза на протяжении 10-12 мм от опилов формировалась кортикальная пластинка и общий с отломками костно-мозговой канал с широкопетлистой сетью костных балок
Рис. 2. Гистотопограшш регенерата па 7-е сутки дистракции (наливка тушью), увеличение лупное
Рис. 3. Гистотопограмма болыиеберцовой кости собаки на 21-й день дистракции (а) и просветленный препарат (б); гистотопограмма на 52-е сутки дистракции (в) - общий вид дистракционного регенерата
В периоде последующей фиксации происходила дальнейшая перестройка дистракцион-иого регенерата, которая характеризовалась уплотнением костной структуры, замещением соединительнотканной «зоны роста» костной тканью и формированием корковой пластинки по периметру регенерата и костно-мозговой полости - у концов фрагментов. Коллагеновые волокна и сосуды «зоны роста» утрачивали строго продольную ориентацию. Число сосудов в ней на 7-14-е сутки фиксации составляло 64 на 1 мм2 и к 28-35-м суткам фиксации - 38 на 1 мм2.
Формирование костно-мозговой полости в регенерате сопровождалось появлением в нем сначала кроветворного, а затем жирового костного мозга. Происходила перестройка капиллярной сети, начиная от концов костных отломков до середины регенарата с формированием отдельных мелких артериальных ветвей. Увеличивался объем сосудистого бассейна. Величина базисного сопротивления составля-
ла 60-80% от исходной величины. Величина РФП в зоне диастаза была равна 150±5,9% (р<0,05); норма 100±7%. Концентрация циклических нуклеотидов снижалась, но при этом была выше дооперационной. На просветленных препаратах во внутреннем слое корковой пластинки сохранялись расширенные сосудистые каналы. К 45-60-м суткам фиксации отломков большая часть прослойки замещалась губчатой костью. К 90-100-м суткам прослойка клеточно-волокнистой ткани полностью замещалась зрелой губчатой костью, артериальные сосуды образовывались на протяжении всей костно-мозговой полости вновь образованного участка кости. Показатели кровообращения приближались к дооперационным: базисное сопротивление составляло 90%, пульсовое кровенаполнение - 68%, снижалась величина РФП до 148±2,4% (])<0,05). Концентрация цГМФ превышала исходное значение на 20%, цАМФ - на 50%. По окончании периода
фиксации в экспериментах с нестабильной фиксацией, как и при неадекватном (завышенном) темпе дистракции, «зона роста» была в 2-3 раза выше, чем в условиях стабильной фиксации и темпе дистракции - 0,5-0,75 мм. Количество сосудов в ней не превышало 20 на 1 мм2. В тоще ее отмечалось образование кист размером 1,5><3,5 мм2 с серозно-геморрогическим и серозным содержимым.
После снятия аппарата процессы перестройки регенерата продолжались более активно, с формированием единой костно-мозговой полости. В отдаленные сроки, через 6-10 месяцев после снятия аппарата, процессы перестройки завершались. Граница между новообразованным участком диафиза и прилежащими концами фрагментов определялась с трудом. Кровоснабжение конечности полностью восстанавливалось с вовлечением в кровоток новообразованных сосудов, возникших в процессе формирования и перестройки регенерата, а также всех коллатеральных связей между тканевыми структурами голени и сосудистого русла конечности в целом.
Результаты и обсуждение
Изучение артерио-, флебо-, лимфограмм показало, что в периоде компрессии происходит изгиб венозных сосудов (из-за гофрирования мягких тканей) и расширение на 200-300 мк артериальных и венозных стволов, которое сохранялось до 30-45-х суток фиксации [9]. На лимфограммах к концу компрессии и в период последующей дистракции отмечено усиление лимфотока, что сопровождалось дополнительным контрастированием поверхностного лимфатического коллектора. Нормализация лимфограмм наступала в периоде фиксации.
Динамика обменных процессов в организме при замещении дефектов костей и мягких тканей зависела от морфофункциональ-ных изменений кровеносной системы конеч-
ности. Комплексные исследования показали, что состояние внутрикостной сосудистой сети и кровообращения в конечности отражали компенсаторно-приспособительную реакцию на операционную травму, дистракцию и фиксацию. Травма и последующий остеосинтез аппаратом сопровождались увеличением в 2-3 раза регионарного кровенаполнения конечности и ускорением кровотока. Увеличивалась емкость сосудистого бассейна за счет дилата-ции всех звеньев сосудистой сети, раскрытия резервных сосудов и формирования новых. Зона повышенной васкуляризации отмечалась в проекции формирующегося дистракционно-го регенерата и прилежащих концов отломков, где локализовались очаги выраженной остео-репарации, что согласуется с данными других авторов [4,5,12,14,15].
Изучение состояния отдельных показателей нейроэндокринной системы показало зависимость их регуляторной функции от активности костеобразования. Эта зависимость проявлялась динамикой концентрации \ в сыворотке крови циклических нуклеотидов | и остеотропных гормонов, являющихся вто- ] ричными мессенджерами гормонов, агентов 1 адрено- и холинергических структур вегета- | тивной нервной системы и самостоятельными регуляторами метаболизма, клеточной пролиферации и их дифференцировки [6, 7, 11,14,17,18].
Исследования формирования дистракци-онного регенерата показали, что замещение дефекта костной ткани происходит при стабильной фиксации по тем же закономерностям, что и при удлинении здоровой кости конечности. Динамика физиологических и радионуклидных показателей указывает на компенсаторные реакции организма как на травму легкой и средней степени тяжести с нормализацией всех изменений к 6-9-му месяцу после операции.
ю
Библиографический список
1. Бизер, ВА Костнопластические операции в комплексном лечении детей, больных саркомами костей / ВА Бизер // Современные аспекты травматологии и ортопедии: тез, докл. - Казань: Медицина, 1994. -T.XLII.-C.128-129.
2. Борзуное,ДЮ. К проблеме замещения обширных дефектов длинных костей в ветеринарии IДЮ. Борзунов, ИВ. Петровская, АМ. Чиркова // Актуальные проблемы биологии в ветеринарной медицины мелких домашних животных: материалы IV междунар. науч,-пракг. конф. - Троицк, 2001. - С64-65.
3. Борзуное, ДЮ. Замещение дефектов длинных костей полилокальным удлинением отломков; дис ... д-ра мед. наук / ДЮ. Борзуное, - Курган, 2004. - 400 с.
4. Бунов, ВС. Замещение дефектов трубчатой кости по Илизарову в условиях артериальной недостаточности конечности (экспериментальное исследование): автореф. дис. ... канд мед. наук / ВС Бунов. - Пермь, 1994.-24 с.
5. Гюлъназарощ СВ. Лечение ложных суставов: Теория и практика метода дистракции / СВ. Гшышарощ ВЛ. Штин. - Екатеринбург, 1992. - 172 с.
6. Девятое, АА Чрескостный остеосинтсз / ААДевятое. - Кишинев: Штиинца, 1990. -313 с,
7. Десятниченко, КС Дистракционный ос-теосинтез с точки зрения биохимии и патофизиолог / КС. Десятниченко Ц Гений ортопедии, - 1998. - № 4. - С.120-128.
8. Европейская конвенция по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей // Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. - 2003- - № 4. - С. 34-36.
9. Камерин, ВК Замещение дефектов костей и мягких тканей методом монолокального компрессионно-дистракционного осгео-синтеза: автореф. дис. ... д-ра мед. наук / ВК Камерин. - Пермь, 1999- - 42 с.
10. Илюшин, НМ. Метод чрескостного остео-синтеза и лечение бальных хроническим остеомиелитом: автореф. дис. ... д-ра мед. наук ¡ЯМ. Клюшин. - Курган, 2003. - 46 с.
11. Кузнецова, Л.С. Динамика ферментативной активности в сыворотке крови при замещении дефектов костей в эксперименте / Л.С. Кузнецова, ВК Камерин Ц Материалы XXIV науч.-пракг. конф. врачей Курганской обл. - Курган, 1992. - С. 66-67.
12. Куприянов, ВВ. Ангиогенез: Образование, рост и развитие кровеносных сосудов / ВВ. Куприянов, ВА Миронов. - М.: НИО «Квартет», 1993.- 170 с.
13. Куфтырев, ДМ. Лечение больных с дефектами бедренной кости методом чрескостного остеосинтеэа по Илизарову дис.... д-ра мед. наук / ЛМ. Куфтырев. - Курган, 1990.-554с.
14. Ларионов, АА Дистракционный остеосин-тез и эволюция костных трансплантатов (экспериментальное исследование): дис.... д-ра мед. наук / АА Ларионов. •- Пермь, 1995.-259 с.
15. Лунева, СЯ. Кислотно-щелочной баланс при замещении дефектов по Илизарову в эксперименте /СЯ. Лунева, ВК Камерин Ц Современ, аспекты чрескостного остео-сиитеза по Илизарову: материалы науч. конф. - Казань, 1991. - С.154-155-
16. Макушин, ВД. Причины неудач и осложнений при возмещении дефектов длинных трубчатых костей методом чрескостного остеосинтеэа по Илизарову / ВД. Макушин, ЛМ. Куфтырев, ВК. Камерин Ц Гений ортопедии. - 1996. - № 1-2. - С59-61.
17. Офицероеа, HB. Динамика изменений кровообращения и концентрации остео-генных гормонов при замещении дефектов трубчатых костей / HB. Офицероеа, ЛМ. Куфтырев, BJC Камерин // Материалы XXIV науч.-пракг. конф. врачей Курганской обл. - Курган, 1992. - С 72-74.
18. Свешников, АА Материалы и разработка комплекса способов корректировки функциональных изменений в органах при чре-схостном осгеосинтезе / АА Свешников // Гений ортопедии. - 1999. - № 1. - С 74-82.
19. Экспериментальное обоснование несвободной аутопластики по Илизарову при замещении дефектов длинных костей / ВЛШевцов, BJC Камерин, AB. Дьячков и др. ¡I VII съезд травматол.-ортопедов России: тез. дою. - Новосибирск, 2002. - Т.1. -С506-507.
20. Шевцов, ВК Современные возможности несвободной костной пластики по ГА Илизарову при замещении дефектов / ВИ. Шевцов, ДЮ. Борзунов, ИВ. Петровская // Человек и его здоровье: матер. VIH Рос национал, конгресса. - СПб, 2003. - С. 102-102.
21. Щуров, В А Физиологические основы эффекта стимулирующего растяжения тканей на рост и развитие при удлинении конечности по Илизарову: автореф. дис.... д-ра мед. наук / ВА Щуров. - Пермь, 1993. -32 с
22. Paley, D. Jlizarov bone transport treatment for tibial defects / D. Paley, DC Maar // J. Or-thop. Trauma. - 2000. - Vol. 14. - № 2. -P. 76-85.
23. Диплом № 355 СССР. Общебиологическое свойство тканей отвечать на дозированное растяжение ростом и регенерацией (эффект Илизарова) / ГА Илизаров (СССР). - № ОТ - 11271; заявл. 25.12.85. -Опубл. 23.04.89.-Бюл.№ 15.
V.K. Kamertn, A.N. Dyacbkov, SJ. Gordievskikh, A A. Svesbnikov
SUBSTITUTION OF LONG BONES DEFECTS IN EXPERIMENT
State of regenerate, its microcirculation and blood supply of extremity while substituting shank bone defects was studied in experiment on 110 dogs. Roentgenomorphologicai, physiological and radionudeid methods of investigation were used in the present work. The studies performed have shown efficiency of Ilizarov's defect substitution method that induces changes in metabolic process and vascularization as compensatory-adapting reaction resulting in normalization by the 6Ь-9Л month after the surgery. Presence of experimental-and-theoretical basis permits to approve new methods of treatment of orthope-dotraumatological patients by the method of transosseous osteosynthesis and to carry out investigations in the other adjacent specialties (neurosurgery, vertebrology, angiology and oncology)
Keywords: defect, compression, distraction, fixation, regeneration, blood supply.
ФГУН <РНЦ «ВТО» им. акад. ГА Илизарова Росздрава*, г. Курган
Материал поступил в редакцию 06.12.2006
© Камерин В.К, Дьячков АН, Гордиевских Н.И., Свешников АА, 2006
