Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

ОЦЕНКА СТИМУЛЯЦИИ ЗАЖИВЛЕНИЯ ПЕРЕЛОМА ПРИ ХИРУРГИЧЕСКОМ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА КОНЦЫ ОТЛОМКОВ И КОСТНОМОЗГОВОЕ СОДЕРЖИМОЕ

Барабаш Ю.А. 1 Богомолова Н.В. 1 Кауц О.А. 1 Барабаш А.П. 1 Матвеева О.В. 1 Русанов А.Г. 1 Балаян В.Д. 1
1 ФГБУ «Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Министерства здравоохранения РФ
В эксперименте на кроликах изучено влияние стимуляции репаративного остеогенеза путём туннелизации зоны перелома и гидродинамического воздействия на костный мозг. Изучены рентгенологические и морфологические результаты заживления костной раны на сроках 1, 2 и 3 недели после операции. Лучшие результаты отмечены в группе, в которой в качестве метода стимуляции регенерации костной ткани использовалась туннелизация концов отломков перелома большеберцовой кости. Попытка использовать для стимуляции искусственное гидродинамическое воздействие на костный мозг показала худшие результаты вследствие опустошения красного костного мозга и замещения последнего жировой тканью, а также расстройства микроциркуляции и гипоксии.
эксперимент
репаративный остеогенез
костный мозг
стимуляция
1. Деев Р.В., Исаев А.А. Пути развития клеточных технологий в костной хирургии // Травматология и ортопедия России. 2008. № 1 (47). С. 65-74.
2. Замедленное костеобразование: пути решения проблемы / А.А. Барабаш, А.П. Барабаш, Ю.А. Барабаш, Р.А. Алфимов // Оптимизация лечения и реабилитации больных: тр. о-ва травматол.-ортопедов Ростов. обл. Ростов-на-Дону, 2005. Вып. 11. С. 50-55.
3. Корж Н.А., Кладченко Л.А., Малышкина С.В. Имплантационные материалы и остеогенез. Роль оптимизации и стимуляции в реконструкции кости // Ортопедия, травматология и протезирование. 2008. № 4. С. 5-14.
4. Климовицкий В.Г., Пастернак В.Н., Оксимец В.М. Современные аспекты проблемы применения мезенхимальных стволовых клеток в травматологии и ортопедии // Ортопедия, травматология и протезирование. 2008. № 1. С. 105-110.
5. Миронов С.П. Современное положение и перспективы развития российской биоимплантологии // Актуальные вопросы тканевой и клеточной трансплантологии: материалы III Всерос. симп. с междунар. участ. М., 2007. С. 6-7.
6. Остеогенные потенции нативного аутогенного костного мозга, индуцированного кристаллическим химотрипсином, при лечении посттравматических нарушений костной регенерации. Е.Д. Склянчук, В.И. Зоря, В.В. Гурьев, А.П. Васильев / Травматология и ортопедия России. 2009. № 1. С. 15-21.
7. Решетников А.Н. Оптимизация лечения больных с ложными суставами и дефектами длинных костей нижних конечностей. (клинико-экспериментальное исследование): автореф. дис. … д-ра мед. наук. С., 2005. 48 с.
8. Склянчук Е.Д. Стимуляция остеогенеза в комплексном лечении посттравматических нарушений костной регенерации: автореф. дис. … д-ра мед. наук. – М., 2009. 35 с.
9. Arkudas A. Axial prevascularization of porous matrices by an arteriovenous loop promotes survival and differentiation of transplanted autologous osteoblasts // Tissue Eng. 2007. Vol. 13, № 7. P. 1549-1560.
10. Liu W., Cui L., Cao Y. Mesenchymal stem cells and tissue engineering // Method. Enzymol. 2006. Vol. 420. P. 339-361.

В отечественной и зарубежной литературе дискутируются вопросы оптимизации хирургического лечения переломов костей и их последствий для сокращения сроков нетрудоспособности пациентов и повышения качества жизни. Совершенствование систем компрессионно-дистракционных аппаратов, конструкций для остеосинтеза, эндопротезирования неизбежно имеет пределы, обусловленные биологическими свойствами тканей, которым они призваны обеспечить оптимальную регенерацию. Клинические наблюдения показывают, что перспективы улучшения результатов лечения переломов и ложных суставов только за счет совершенствования соединения и удержания отломков в основном, исчерпаны [1]. Для повышения эффективности лечения необходимо внутриочагово предпринимать меры для стимуляции компрометированного остеогенеза. [2,7,8]. Анализ большого количества способов стимуляции репаративного процесса, в том числе с применением имплантационных материалов, свидетельствует о существенных различиях в принципах решения этой проблемы [3,8]. В последние годы в связи с бурным развитием клеточных и нанотехнологий активно исследуются методы воздействия на звенья репаративной костной регенерации с использованием стволовых мезенхимальных клеток и аутологичного костного мозга. Однако эти перспективные методы воздействия на остеогенез в настоящее время либо находятся в стадии изучения, либо малодоступны из-за технической сложности [4, 5, 6, 9,1 0].

Цель исследования. Экспериментальная оценка эффективности механических и гидродинамических воздействий на костную ткань и костный мозг в зоне перелома при стимуляции процессов заживления костной раны.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования явились 24 экспериментальных животных (кролика), в возрасте 6-7 месяцев, с массой тела 3,3 – 4,5 кг. Нами выбрана хорошо зарекомендовавшая себя модель и опыт эксперимента с использованием чрескостного остеосинтеза аппаратом внешней фиксации на голени животного. Были изготовлены облегченные модели аппарата Илизарова. Подготовка животных к эксперименту соответствовала санитарным нормам содержания животных в вивариях («Санитарные правила по устройству, оборудованию и содержанию вивариев», утвержденные Главным Государственным санитарным врачом №1045-73 от 06.04.1973 г.).

В асептических условиях операционной вивария опыты выполнялись под комбинированным наркозом (р-р Золетила из расчёта 7 мг/кг массы тела совместно с 2 %-м р-ром Ксилазина из расчёта 1-3 мг/кг массы тела). Техника оперативных вмешательств заключалась в следующем: на конечность надевали в собранном виде аппарат Илизарова, включающий четыре кольца из сплавов алюминия (вес в собранном виде составляет 190 г., то есть 5 % от массы тела животного).

Проксимальное кольцо располагали на уровне бугристости большеберцовой кости, проксимальное промежуточное – отступя 3 см, дистальное промежуточное – на 3 см ниже синостозирования берцовых костей и дистальное – на 0,5 см выше скакательного сустава. В плоскости поперечного сечения проксимального кольца перпендикулярно большеберцовой кости в метафиз проводили две перекрещивающиеся спицы диаметром 0,8 мм и фиксировали в натянутом положении к кольцу. Дистальную пару перекрещивающихся спиц под углом 30-45° проводили в метафизарной зоне, на 6 мм проксимальнее дистального конца большеберцовой кости и с натяжением закрепляли в дистальной базовой опоре аппарата, а дистальная промежуточная спица проходила во фронтальной плоскости на 2,5 см проксимальнее. Затем во фронтальной плоскости проводили 2 промежуточные спицы и с натяжением фиксировали их к проксимальному и дистальному промежуточным кольцам. В месте синостозирования малоберцовой и большеберцовой костей (в средней трети голени) тонким сверлом производили веерообразное сверление большеберцовой кости на протяжении 1 см с последующей её остеоклазией. Промежуточные спицы располагали на расстоянии 1,8 и 2,4 см от концов проксимального и дистального фрагментов.

Затем производили один из трех видов стимулирующего воздействия на репаративный процесс, в зависимости от которых определены группы эксперимента.

У животных 1-й группы (контрольной) дополнительных воздействий на зону перелома не осуществляли. Кроликам 2-й группы выполняли туннелизацию проксимального и дистального отломков в двух плоскостях на расстоянии 5 мм от линии перелома. В 3-й экспериментальной группе производили гидродинамическое воздействие на костномозговое содержимое, путём вытеснения последнего под давлением жидкостью (3 мл) через иглу, введённую в проксимальный метадиафиз большеберцовой кости. После операции выполняли контрольную рентгенографию костей голени, и кролика помещали в клетку вивария.

Для изучения гистологической, гистохимической и цитологической картины в процессе заживления костной раны животных выводили из эксперимента на сроках 1, 2 и 3 недели после операции. Забой животных производили быстрым внутриплевральным введением летальной дозы тиопентала натрия. Материал для морфологического исследования помещали в 10 %-й раствор нейтрального формалина для фиксации с последующей проводкой материала, изготовлением препаратов, их гистологической и гистохимической окраской, с последующим изучением, описанием и микросъёмкой. Использовали микроскоп Olympus CX-31 c видеонасадкой «VIDI-CAM».

Результаты исследования и их обсуждение

В первой группе эксперимента через 3 недели после операции рентгенологически концы отломков имели нечёткие контуры. В большинстве случаев формировались массивные периостальные костные разрастания средней плотности, муфтообразно окружающие линию перелома. В области костномозговых полостей, вблизи линии перелома в дистальном и проксимальном фрагментах, определялись слабые тени эндостального регенерата. Перестройка костной ткани была завершена не полностью. Гистологическая и гистохимическая картина в основном веществе первой экспериментальной группы характеризовалась интенсивными процессами формирования и перестройки костного регенерата. Видна массивная периостальная костная мозоль с новообразованными костными балками, заполнением межбалочного пространства коллагеновым матриксом и остеобластами на разных этапах дифференцировки. В красном костном мозге отмечались опустошение, уменьшение количества кроветворных островков, ячеистость структуры элементов жировой ткани, очаги разрастания элементов соединительной ткани, неравномерное полнокровие с признаками плазмостаза в отдельных сосудах.

barabas1.tif

Рис. 1. Рентгенограммы (а) и гистотопограммы (б) сформированного костного регенерата через 3 недели после операции у животного 1-й группы; (в) сформированный остеоид (окр. г-э., ув.×40); (г) неравномерность окраски, высокий уровень обменных процессов в компактном веществе, обменные нарушения в эндосте (окр. г-э., ув.×400)

У животных второй экспериментальной группы через 3 недели после операции на рентгенограммах костей голени линия перелома прослеживалась неотчётливо, контуры концов отломков становились менее чёткими, сглаженными в сравнении с послеоперационной картиной, местами не определялись. Очаги просветления после туннелизации были размытые, с нечёткими контурами. К этому сроку межотломковую щель перекрывали тени разной интенсивности. Периостальные наслоения находились в стадии компактизации. Тени эндостального регенерата были ярко выражены.

barabas2.tif

Рис. 2. Рентгенологическая картина заживления перелома во 2-й группе через 1 неделю (а), 2 недели (б) и 3 недели (в) после операции; г) гистотопограмма и д) гистологическая картина (окр. альц.синь., ув.×40) сформированного костного регенерата; е) дистальный фрагмент перелома, компактное вещество (окр. г-э., ув.×400): полиморфность остеонов, чёткая структура клеточных элементов; ж) компактное вещество и остеоид (окр. г-э., ув.×400): формирующиеся костные балочки, остеогенные клетки на разных этапах дифференцировки

Морфологическая картина через 1 неделю после операции в основном веществе характеризовалась выраженным полнокровием сосудов и равномерным их ходом. Все структуры отличались нормохромностью. Метаболические показатели соответствовали норме. В периосте формировались костные балочки с хорошим метаболизмом. Межбалочное пространство содержало остеогенные клетки на разных этапах дифференцировки. Происходило формирование нежного коллагенового матрикса. Через 2 недели отмечалась полиморфность остеонов с чёткой структурой клеточных элементов, основных и вставочных пластин: присутствовали как молодые остеоны с начинающим формироваться каналом, так и зрелые остеоны. Через 3 недели межотломковый диастаз полностью был заполнен костным регенератом. Наблюдалась дальнейшая перестройка регенерата.

В третьей группе эксперимента к 21 дню после операции рентгенологически отмечалась неровная, с нечётким контуром линия перелома, структура диафиза большеберцовой кости в области перелома была неоднородна за счёт участков уплотнения в проекции костномозговых полостей. Видны лишь элементы периостальной реакции, муфтообразно окружающей линию перелома. Перестройка костной ткани была не завершена, дифференцировка структуры не наступила.

barabas3.tif

Рис. 3. Рентгенологическая картина заживления перелома в 3 группе эксперимента через 1 неделю (а), 2 недели (б) и 3 недели (в) после операции; г) гистотопограмма костного регенерата; (д) эндост (окр. г-э., ув.×400): истончение костных балок, опустошение красного костного мозга, с замещением его жировой тканью; е) в компактном веществе: полиморфизм гаверсовых каналов, уплотнение структур, базофилия; ж) граница компактного вещества и периоста (окр. г-э., ув.×100): островки новообразованной костной ткани

Гистологическая картина через 1 неделю после операции отражала резкое истончение костных балок, признаки опустошения красного костного мозга, с замещением его жировой тканью. Через 2 недели отмечался полиморфизм гаверсовых каналов с уплотнением их стенки, уплотнением границ основных и вставочных пластин, базофилия. Местами отмечалось отсутствие вставочных структур. Все эти изменения свидетельствовали о нарушении кровообращения и обменных процессов в зоне перелома. На сроке 3 недели наблюдалось формирование островков новообразованной костной ткани. Преобладали молодые элементы костной ткани, имелись сформированные остеогенные островки.

Выводы. Таким образом, обобщив данные морфологического исследования и рентгенографии, наилучшие результаты отмечены нами во второй экспериментальной группе, в которой в качестве метода стимуляции регенерации костной ткани использовалась туннелизация фрагментов экспериментального перелома. Механическое раздражение в зоне перелома, с формированием поперечных каналов, способствует притоку крови к этой зоне, улучшению оксигенации и микроциркуляции.

Известно, что дифференцировка клеток в направлении остеогенеза тесно связана с ангиогенезом. В зонах с достаточным парциальным давлением кислорода происходит образование остеобластов и остеоцитов, снижение же содержания кислорода, гипоксия, ацидоз ведёт к формированию хрящевой ткани. Использование для стимуляции остеогенеза искусственного гидродинамического воздействия на содержимое костномозгового канала с вытеснением его в зону перелома (третья группа) показало худшие результаты вследствие опустошения красного костного мозга и замещения последнего жировой тканью, а также расстройства микроциркуляции и гипоксии.


Библиографическая ссылка

Барабаш Ю.А., Богомолова Н.В., Кауц О.А., Барабаш А.П., Матвеева О.В., Русанов А.Г., Балаян В.Д. ОЦЕНКА СТИМУЛЯЦИИ ЗАЖИВЛЕНИЯ ПЕРЕЛОМА ПРИ ХИРУРГИЧЕСКОМ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА КОНЦЫ ОТЛОМКОВ И КОСТНОМОЗГОВОЕ СОДЕРЖИМОЕ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 9-2. – С. 58-61;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=5831 (дата обращения: 07.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074