Проблема лечения переломов бедренной кости является актуальной вследствие высокого процента осложнений, обусловленных как анатомическими особенностями травмированной области, так и конструкцией устройств для остеосинтеза [1]. Вместе с тем, в последние десятилетия значительно расширились технические возможности лечения данной патологии. Как правило, методом первоочередного выбора является внешняя фиксация стержневыми аппаратами – в качестве единственного метода лечения или временного этапа перед использованием погружных конструкций [7]. Среди последних особое внимание уделяется методу интрамедуллярного остеосинтеза блокируемыми штифтами [3, 4].
Имеются отдельные экспериментальные работы, посвященные гистологической оценке активности репаративного остеогенеза при заживлении переломов бедренной кости в зависимости от тяжести повреждений и способов их лечения [6, 10]. Однако не менее важным аспектом обоснования эффективности лечения является изучение гистоструктурных изменений ее эпифиза в связи с проблемой сохранения функциональных возможностей суставов. Как установлено ранее, нарушение трофики травмированной области, усугубляющееся ятрогенными повреждениями в сочетании с гипокинезией вследствие частичного выключения функции конечности при лечении переломов, играет ведущую роль в механизме изменений структуры субхондральной кости и суставного хряща [5, 8].
Целью исследования являлась гистологическая характеристика проксимального эпифиза бедренной кости при лечении ее диафизарного перелома в условиях чрескостного и интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза.
Материал и методы исследования
Эксперимент был выполнен на 12 взрослых беспородных собаках обоего пола в возрасте 1,1 ± 0,05 года с массой тела 15,95 ± 1,09 кг, содержащихся в стандартных условиях вивария. Всем животным выполняли поперечную остеотомию долотом в средней трети диафиза бедренной кости. В первой серии экспериментов (n = 6) осуществляли чрескостный остеосинтез аппаратом спице-стержневой фиксации; во второй (n = 6) – интрамедуллярный блокируемый остеосинтез системой ILoc (Biomedtrix, USA). Оперативные вмешательства и эвтаназию выполняли в соответствии с требованиями Минздрава России к работе экспериментально-биологических клиник, а также Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (Страсбург, 1986). На проведение эксперимента получено разрешение этического комитета ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. академика Г.А. Илизарова.
Взятие образцов для гистологического исследования выполняли на 100 сутки после выполнения оперативного вмешательства. После эвтаназии вскрывали ипсилатеральный тазобедренный сустав, вычленяли головку бедренной кости и распиливали её по средней линии в поперечной плоскости. Костные блоки фиксировали в 10 % нейтральном формалине. После промывания, обезжиривания в ацетоне, декальцинации в жидкости Рихмана-Гельфанда-Хилла и нейтрализации в 5 % растворе алюмокалиевых квасцов, образцы пропитывали растворами целлоидина в спирт-эфире возрастающей концентрации. На санном микротоме (Reichart, Германия) изготавливали целлоидиновые срезы, которые окрашивали гематоксилином и эозином, по Ван Гизону Исследование препаратов производили с использованием светового микроскопа «Микмед-5» (ЛОМО, Россия) и цифровой камеры-окуляра «DCМ-300» (Hangzhou Scopetek Opto-Electric Co.,Ltd., Китай) в комплекте с программным обеспечением «ScopePhoto» (ScopeTeck, Китай); стереомикроскопа «Axio Scope.A1» и цифровой камеры «AxioCam» в комплекте с программным обеспечением «Zen blue» (Carl Zeiss MicroImaging GmbH, Германия).
На полученных цифровых изображениях с использованием программы «ВидеоТест-Мастер-Морфология» («ВидеоТест», Россия, Санкт-Петербург) гистоморфометрически оценивали объемную долю костной ткани в компактном (vpcb, %) и губчатом (vptb, %) костном веществе; общую высоту суставной выстилки (ht, мкм), а также высоту некальцифицированного (hnc, мкм) и кальцифицированного (hc, мкм) суставного хряща.
Сгруппированные данные проверяли на нормальность распределения и статистически обрабатывали с использованием программного обеспечения «AtteStat, версия 13.1». При нормальном характере распределения результаты представляли в виде выборочных средних и их 95 % доверительных интервалов (M; ДИ 95 %). При отклонении гипотезы о нормальности совокупность данных характеризовали с использованием медиан и их 95 % доверительных интервалов (Me; ДИ 95 %). Межгрупповые различия считали значимыми, если доверительные интервалы не перекрывались.
Результаты исследования и их обсуждение
В I серии эксперимента головка бедренной кости имела типичную округлую форму. Суставную поверхность покрывал гладкий, без узур и трещин, гиалиновый хрящ. Субхондральную пластинку формировало компактное костное вещество, подлежащая губчатая кость была представлена крупнопетлистой сетью пластинчатых трабекул (рис. 1, а).
а) 
б)
Рис. 1. Гистологическое строение проксимального эпифиза бедренной кости через 100 суток после лечения диафизарного перелома: а – методом внешнего чрескостного остеосинтеза; б – методом интрамедуллярного блокирующего остеосинтеза. Гистотопографические целлоидиновые срезы. Окраска по Ван Гизону. Ув. 6,5×. Длина масштабного отрезка – 2 мм. Стрелкой указан нагружаемый участок суставной поверхности
В суставном гиалиновом хряще дорсальный участок, подверженный наибольшей механической нагрузке, отличался наименьшей высотой (рис. 2).
Некальцифицированный хрящ суставной выстилки имел типичное зональное строение. В нем различали тангенциальную (поверхностную), переходную (среднюю) и радиальную (глубокую) зоны. В бесклеточной пластинке тангенциальной зоны не было выявлено признаков разволокнения, под ней располагались одиночные веретеновидные хондроциты. Коллагеновые волокна внеклеточного матрикса ориентировались параллельно либо под небольшим углом относительно суставной поверхности. В промежуточной зоне округлые хондроциты без признаков некробиотических изменений формировали двух- и трехчленные изогенные группы. Хондроциты радиальной зоны группировались в колонки из четырех – семи клеток, глубже всего располагались гипертрофированные клетки. Коллагеновые волокна матрикса этих зон формировали дугообразные пучки, ориентированные перпендикулярно и тангенциально по отношению к суставной поверхности.
Рис. 2. Зональное строение гиалинового суставного хряща головки бедренной кости при лечении диафизарного перелома методом чрескостного остеосинтеза. Срок эксперимента – 100 суток. Гистотопографический целлоидиновый срез. Окраска гематоксилином и эозином. Ув 100×. tm – пограничная базофильная линия; oj – остеохондральное соединение; ht – общая высота суставной выстилки; hnc – высота некальцифицированного хряща; hc – высота кальцифицированной хрящевой пластинки
Одноконтурная базофильная пограничная линия (tidemark), соответствующая фронту минерализации, отграничивала кальцифицированный хрящ, прикрепленный к субхондральной костной пластинке.
Субхондральная пластинка, образованная пластинчатой костной тканью, имела компактное строение (рис. 3). В костных лакунах обнаруживались ядросодержащие остеоциты. Питательные (сосудистые) каналы были узкими, в них располагались микрососуды преимущественно капиллярного типа. Линия остеохондрального соединения была непрерывной, извилистой, умеренно изрезанной.
Во II серии эксперимента выявляли адаптивные и дистрофические изменения структуры ее проксимального эпифиза. Нагружаемая дорсальная поверхность головки бедренной кости была несколько уплощена, ее суставную выстилку формировал гиалиновый хрящ. Субхондральная пластинка имела компактное строение, подлежащее губчатое костное вещество включало сеть массивных пластинчатых трабекул (рис. 1, б).
Суставной хрящ имел типичное зональное строение (рис. 4), ориентация коллагеновых волокон не претерпевала выраженных изменений. Однако в тангенциальной зоне определялись очаги разволокнения и слущивания бесклеточной пластинки, обнажение отдельных лакун хондроцитов. Часть клеток принимала округлую форму, обнаруживались изогенные группы. В промежуточной зоне наряду с изогенными группами клеток имелись запустевшие лакуны и бесклеточные участки матрикса. В радиальной зоне число хондроцитов в составе колонок сокращалось до 2–4, гипертрофированные клетки частично погружались в зону кальцификации. Базофильная пограничная линия утолщалась, приобретая извилистый контур, появлялись дополнительные фронты кальцификации. Зона кальцифицированного хряща выглядела суженной, линия остеохондрального соединения становилась более изрезанной.
Рис. 3. Субхондральная костная пластинка головки бедренной кости при лечении диафизарного перелома методом чрескостного остеосинтеза. Срок эксперимента – 100 суток. Гистотопографический целлоидиновый срез. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. 200×. cb – компактная костная ткань; oj – остеохондральное соединение; nc – питающий канал (canalis nutriens)
В субхондральной компактной костной пластинке определялись расширенные питательные каналы, содержащие гиперемированные сосуды микроциркуляторного русла (рис. 5). В костных лакунах обнаруживали ядросодержащие остеоциты, отдельные клетки с признаками некробиоза и безъядерные клетки.
Рис. 4. Зональное строение гиалинового суставного хряща головки бедренной кости при лечении диафизарного перелома методом интрамедуллярного блокирующего остеосинтеза. Срок эксперимента – 100 суток. Гистотопографический целлоидиновый срез. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. 100×. tm – пограничная базофильная линия; oj – остеохондральное соединение
Анализ данных гистоморфометрических исследований показал, что объёмная доля костной ткани в компактном веществе субхондральной костной пластинки во II серии была снижена на 7 % по сравнению с I серией (таблица). Трабекулярная плотность губчатого костного вещества увеличивалась на 36 %, а высота кальцифицированной хрящевой пластинки снижалась на 28 % по отношению к значениям аналогичных показателей в условиях применения метода чрескостного остеосинтеза. В этой же серии была выявлена тенденция к сравнительному снижению общей высоты суставной выстилки и высоты некальцифицированного гиалинового хряща.
Рис. 5. Субхондральная костная пластинка головки бедренной кости при лечении диафизарного перелома методом интрамедуллярного блокирующего остеосинтеза. Срок эксперимента – 100 суток. Гистотопографический целлоидиновый срез. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. 200×. Cb – компактная костная ткань; vc – сосудистый канал
Гистоморфометрическая характеристика проксимального эпифиза бедренной кости при лечении ее диафизарного перелома в условиях чрескостного и интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза
|
Метод остеосинтеза |
Объемная доля костной ткани, М; ДИ 95 % ( %) |
Высота суставной выстилки, Me; ДИ 95 % (мкм) |
|||
|
*vpcb |
*vptb |
ht, |
hnc |
*hc |
|
|
Серия I |
99; 98, 99 |
32; 31, 33 |
471; 433, 507 |
350; 337, 402 |
108; 86, 130 |
|
Серия II |
92; 90, 93 |
50; 48, 53 |
390; 334, 473 |
324; 265, 396 |
78; 49, 85 |
Примечания: *– межгрупповые различия значимы при р < 0,05; vpb – объемная долю костной ткани в субхондральном компактном (vpcb) и губчатом (vptb) костном веществе; ht – общая высота суставной выстилки; hnc – высота некальцифицированного и hc – кальцифицированного суставного хряща.
Выводы
Светооптическое микроскопическое исследование гистологических срезов проксимального эпифиза бедренной кости собак через 100 суток лечения ее диафизарного перелома методом чрескостного остеосинтеза по Илизарову не выявило патологические процессы в суставной выстилке и субхондральной костной ткани. При лечении методом интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза, в суставном гиалиновом хряще нагружаемой зоны головки бедренной кости в те же сроки развились начальные признаки дистрофических изменений, увеличилась порозность субхондральной костной пластинки и трабекулярная плотность губчатого костного вещества. По мнению специалистов, подобные изменения соответствуют начальной стадии развития остеоартроза. Их причиной может являться нарушение трофического обеспечения субхондральной костной ткани вследствие декомпенсации посттравматических расстройств артериального внутрикостного кровоснабжения в сочетании с затруднением венозного оттока крови [2, 8, 9].