Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ЗАЖИВЛЕНИЯ КОСТЕЙ ТАЗА И БЕДРА ПРИ ИХ СОЧЕТАННОЙ ТРАВМЕ И ОДНОМОМЕНТНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ МЕТОДОМ ЧРЕСКОСТНОГО ОСТЕОСИНТЕЗА

Силантьева Т.А. 1 Краснов В.В. 2
1 ФГБУ «Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. академика Г.А. Илизарова» Минздрава России
2 ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений» ФАНО России
На экспериментальной модели сочетанной травмы таза и бедра у 12 беспородных собак обоего пола весом 17±1,3 кг в возрасте 1,7±0,4 года изучена динамика репаративной регенерации при лечении переломов шейки бедренной, тела и ветви седалищной костей в условиях внешней стабильной фиксации аппаратом. Использованы методы рентгенографического, светооптического микроскопического исследования и рентгеновского электронно-зондового микроанализа. Установлено, что заживление данных переломов протекает по вторичному типу. Через 14 суток после травмы в диастазе между отломками располагается реактивно измененная рыхлая волокнистая соединительная ткань, васкуляризированная полнокровными капиллярами синусоидного типа. На 28-35-е сутки отмечается фиброзно-хрящевое сращение отломков бедренной и седалищной костей. В отломках костей наблюдаются нарушения кровоснабжения и адаптивная перестройка губчатого и компактного вещества. Период консолидации отломков проксимального метафиза бедренной кости составляет 35-65 суток, множественных переломов седалищной кости – более 65 суток при длительности периода аппаратной фиксации 35 суток с момента травмы. На 125-215-е сутки после операции в костном веществе головки бедренной кости отсутствуют признаки остеонекроза, однако в суставном гиалиновом хряще и субхондральной костной пластинке отмечены дистрофические изменения, соответствующие I стадии остеоартроза. Развитие суставной патологии сопровождается минерализацией матрикса гиалинового хряща, сопряженной с резорбцией и деминерализацией субхондральной костной пластинки. Полученные данные свидетельствуют о создании условий для эффективного репаративного процесса, достаточных для восстановления органотипического строения костей таза и бедра через 4-7 месяцев после травмы. Однако сопутствующие нарушения кровоснабжения костного вещества отломков сопровождаются его активным ремоделированием, что в совокупности является причиной развития начальной стадии суставной хондропатии.
перелом
седалищная кость
шейка бедренной кости
суставной хрящ
репаративная регенерация
1. Шапкин Ю.Г., Селиверстов П.А. Тактика лечения нестабильных повреждений таза при политравме // Новости хирургии. – 2015. – № 4. – С. 452-459.
2. Harasen G. Pelvic fractures // Can. Vet. J. 2007. Vol. 48. № 4. P. 427-428.
3. Gao Y.S., Zhu Z.H., Chen S.B. et al. Injury-to-surgery interval does not affect the occurrence of osteonecrosis of the femoral head: a prospective study in a canine model of femoral neck fractures // Med. Sci. Monit. 2012. Vol. 18. № 7. P. BR259-264.
4. Ортопедический damage-control при повреждениях таза у пациентов с политравмой / М.Ю. Ханин [и др.] // Практическая медицина. – 2011. – № 6 (54). – С. 122-125.
5. Гридасова Е.И. Роль раннего остеосинтеза в профилактике и лечении синдрома жировой эмболии // Травма. - 2013. - № 1. - С. 16-18.
6. Антонов Н.И., Краснов В.В., Кирсанов К.П. Аппарат для лечения собак при переломах костей таза // Ветеринарная патология. – 2008. – № 3. – С. 19-22.
7. Suvarna K.S., Layton C., Bancroft J.D. Bancroft's Theory and Practice of Histological Techniques. 7th ed. Churchill Livingstone Elsevier: Oxford, 2013. Р. 654.
8. Репаративная регенерация костей и соединений таза в условиях управляемого чрескостного остеосинтеза (экспериментально-морфологическое исследование) / К.П. Кирсанов [и др.] // Гений ортопедии. – 2008. – № 4. – С. 32-38.
9. Силантьева Т.А. Репаративное костеобразование при заживлении перелома тазовой кости в области суставной (вертлужной) впадины (экспериментально-морфологическое исследование): дис. … канд. биол. наук. – Курган, 2005. – 255 с.
10. Lasmar N.P., Lasmar R.C., Vieira R.B. et al. Assessment of the reproducibility of the Outerbridge and FSA classifications for chondral lesions of the knee // Rev. Bras. Ortop. 2015. Vol. 46. № 3. P. 266-269.
11. Pritzker K.P., Gay S., Jimenez S.A., Ostergaard K. et al. Osteoarthritis cartilage histopathology: grading and staging // Osteoarthritis Cartilage. 2006. Vol. 14. № 1. Р. 13-29.
12. Репаративная регенерация при лечении центральных переломов вертлужной впадины с подвывихом головки бедра в условиях применения метода чрескостного остеосинтеза (экспериментально-морфологическое исследование) / Т.А. Силантьева [и др.] // Гений ортопедии. – 2011. – № 1. – С. 98-103.
13. Десятниченко К.С., Лунева С.Н., Матвеева Е.Л. О механизме патологического обызвествления суставного хряща при развитии дегенеративно-дистрофических изменений в тканях синовиальной среды // Гений ортопедии. –1999. – № 2. – С. 24-27.

Сочетанная травма таза и бедра относится к одним из наиболее тяжелых повреждений тазового пояса как в гуманитарной, так и в ветеринарной медицине [1; 2]. Наиболее часто для лечения подобных травм, сопровождающихся нарушением целостности и нестабильностью тазового кольца, используют погружной остеосинтез накостными пластинами или внутрикостными стержнями [2; 3]. Применение погружного остеосинтеза в раннем посттравматическом периоде обеспечивает стабильную фиксацию и сокращение периода консолидации отломков, однако увеличивает риск инфекционного воспалительного процесса. Погружной остеосинтез отломков бедренной кости снижает частоту развития асептического некроза ее головки; тем не менее данная патология развивается более чем в 20% случаев [3]. В гуманитарной медицине известны немногочисленные работы, посвященные обоснованию одномоментной радикальной реконструкции костей таза и тазовой конечности с использованием устройств для чрескостного остеосинтеза [4; 5]. Однако экспериментальное изучение особенностей репаративного морфогенеза при лечении сочетанных повреждений костей таза и бедра в данных условиях не проводилось.

Целью исследования явилось экспериментально-морфологическое обоснование эффективности одномоментной реконструкции при сочетанной травме таза и бедра с применением управляемого чрескостного остеосинтеза.

Материалы и методы исследования

Эксперимент проведен на 12 животных (беспородные собаки в возрасте 1,7±0,4 года, вес 17±1,3 кг). Животных содержали в виварии с индивидуальными маркированными боксами площадью 3 м2 при свободном доступе к питьевой воде и получении стандартного сбалансированного корма 2 раза в сутки. Все манипуляции производились в соответствии с положениями Европейской конвенции по защите позвоночных животных и требованиями Минздрава России к работе экспериментально-биологических клиник.

Сочетанные переломы тазовых и бедренных костей моделировали в операционной под общим наркозом (5%-ный раствор тиопентала натрия внутривенно). Последовательно производили дорсальные доступы к телу и ветви седалищной кости и шейке бедренной кости, после чего осуществляли их поперечную остеотомию (рис. 1а). Затем выполняли репозицию и чрескостный остеосинтез поврежденных структур скелета по оригинальным разработанным методикам (рис. 1б) [6].

а

б

в

г

Рис. 1. Рентгеновский снимок таза, прямая проекция: а - получение экспериментальной модели сочетанных переломов тела и ветви седалищной кости, шейки бедра; б - чрескостный остеосинтез таза и бедра, срок эксперимента 14 суток; в - срок эксперимента 35 суток (окончание периода фиксации); г - срок эксперимента 65 суток

(30 суток после демонтажа аппарата)

Рентгенографию осуществляли с помощью стационарного рентгеновского аппарата Premium Vet (Sedecal, Испания) в дорсо-вентральной и латеральной проекциях через 14, 28, 35 суток в периоде фиксации аппаратом, а также через 30, 90 и 180 суток после его демонтажа. В указанные сроки животных выводили из эксперимента путем внутривенного введения 5%-ного раствора тиопентала натрия.

Ипсилатеральные седалищные кости и тазобедренные суставы вычленяли и фиксировали в течение 14 суток в 10%-ном нейтральном формалине. Гистологическую обработку костных блоков производили по стандартным методикам [7]. Часть блоков декальцинировали в смеси соляной и муравьиной кислот, обезвоживали и заливали в целлоидин. Гистотопографические срезы толщиной 10-15 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, а также по Ван Гизону. Гистологические препараты исследовали в стереомикроскопах AxioScope.A1, Stemi 2000-С с использованием цифровой камеры AxioCam ICc 5 и программного обеспечения Zen blue (Carl Zeiss MicroImaging GmbH, Германия).

Часть костных блоков обезвоживали и уплотняли в эпоксидных смолах для электронно-микроскопических исследований. Исследование минерального состава суставной выстилки и подлежащей костной пластинки выполняли методом рентгеновского электронно-зондового микроанализа (РЭМА) с применением энергодисперсионного спектрометра INСА Energy 200 (Oxford Instruments Analytical, Великобритания), смонтированного на сканирующем электронном микроскопе JSM-840 (JEOL, Япония). В образцах оценивали массовое содержание химических элементов кальция (Caw, %), фосфора (Pw, %), магния (Mgw, %) и серы (Sw, %). В качестве контроля использовали аналогичным образом подготовленные фрагменты проксимальных эпиметафизов бедренных костей трех интактных животных.

Статистический анализ полученных данных был выполнен с использованием программы AtteStat 13.1 (надстройка программного продукта Microsoft Excel, свидетельство № 2002611109 от 28.06.2002, Россия). Проверка гипотезы о статистической значимости межгрупповых различий производилась с применением непараметрических критериев Вилкоксона и Манна-Уитни для независимых выборок при уровне значимости р ≤ 0,01.

Результаты исследования и их обсуждение

Опороспособность тазовой конечности на стороне повреждения восстанавливалась на 2-5-е сутки после операции и сохранялась на протяжении всего эксперимента. Рентгенографически сращение отломков костей таза и бедра характеризовалось снижением плотности теней корковых пластинок в зоне перелома на протяжении 3-5 мм и развитием слабо выраженной периостальной реакции на 14-е сутки после операции (рис. 1б). К концу периода фиксации аппаратом на 35-е сутки после операции зоны повреждения были перекрыты тенями средней и высокой интенсивности (рис. 1в). Через 30-180 суток после демонтажа аппарата структура и плотность теней регенератов приближалась к таковым материнской кости (рис. 1г).

В результате гистологического исследования было установлено, что через 14 суток фиксации аппаратом диастазы между отломками тазовой и бедренной костей заполняла рыхлая волокнистая соединительная ткань с высокой клеточной плотностью, богатая полнокровными синусоидными капиллярами. В её составе преобладали фибробластоподобные клетки, определялись элементы моноцитарно-макрофагального ряда.

Через 28-35 суток фиксации аппаратом в зонах повреждения седалищной кости формировалось интермедиарное соединительнотканно-хрящевое сращение отломков, в средней части которого определялись щелевидные полости и очаги кровоизлияний. При заживлении перелома шейки бедренной кости, в двух наблюдениях сращение отломков было соединительнотканно-хрящевым, в других случаях наблюдали полное костное сращение, сформированное мелкопетлистой сетью грубоволокнистых трабекул. В межтрабекулярных промежутках располагалась фиброретикулярная ткань либо красный костный мозг. Расширенные просветы сосудов гемомикроциркуляторного русла артериального типа заполняла плазма, синусоидного типа – эритроциты.

Через 65 суток послеоперационного периода (30 суток после демонтажа аппарата) формировалось костно-соединительнотканно-хрящевое сращение отломков седалищной кости (рис. 2 а, б). Костные отделы регенерата разделяла фиброзно-хрящевая прослойка с многочисленными очагами интрамембранозной и эндохондральной оссификации (рис. 2г). Массивные новообразованные трабекулы подвергались активному остеобластно-остеокластному ремоделированию. Частично кальцифицированный хрящевой матрикс зоны сращения отломков был инвазирован многочисленными сосудистыми комплексами.

В области перелома шейки бедренной кости наблюдали полное костное сращение отломков (рис. 2в), что соответствовало срокам консолидации изолированных переломов таза [8; 9]. Сеть пластинчатых трабекул новообразованного участка кости содержала красный костный мозг с включениями адипоцитов (рис. 2д), гиперемией синусоидов и запустением сосудов артериального типа.

а

б

в

г

д

Рис. 2. Сращение отломков седалищной и бедренной костей через 30 суток после демонтажа аппарата. Гистотопографические препараты: а – тело седалищной кости, б – ветвь седалищной кости, в – проксимальный эпиметафиз бедренной кости. Микрофото: г – очаги эндохондральной и интрамембранозной оссификации в зоне сращения перелома ветви седалищной кости; д – губчатое костное вещество отломка в зоне сращения перелома шейки бедренной кости. А-в –целлоидиновые срезы, окраска по Ван Гизону; об. 0,65, ок. 10. Г, д – целлоидиновые срезы, окраска гематоксилином и эозином; об. 10, ок. 10

В отдаленные сроки эксперимента, через 125 и 215 суток после операции (90 и 180 суток после демонтажа аппарата), интермедиарное сращение отломков седалищной и бедренной костей было сформировано губчатым костным веществом, ограниченным компактной пластинкой. Межтрабекулярные промежутки заполнял красный костный мозг с включением адипоцитов, отмечали нормализацию кровенаполнения сосудов микроциркуляторного русла. Плотность губчатого костного вещества головки бедренной кости визуально не отличалась от таковой интактных животных, некротически измененные и ишемизированные участки не обнаруживались.

На данном этапе эксперимента (125-215 суток после операции) субхондральная компактная пластинка головки бедренной кости включала многочисленные полости, содержащие обильно васкуляризированную рыхлую волокнистую соединительную ткань. В гиалиновом хряще суставной выстилки отмечали очаговую дезорганизацию волокнистого компонента, гипохромное окрашивание матрикса и снижение клеточной плотности хондроцитов поверхностной зоны. Колоночная организация средней зоны не претерпевала выраженных изменений, однако линия базофильного раздела была многоконтурной, зона кальцифицированного хряща сужалась. Дистрофические изменения суставной выстилки соответствовали макро- и микроскопически выявляемым признакам I стадии развития остеоартроза по шкалам OARSI и Outerbridge [10; 11]. В то же время хондропатия была менее выраженной в сравнении с последствиями внутрисуставных переломов, когда даже в условиях стабильной внешней фиксации отломков развивался остеоартроз II-III стадии [12].

Исследование методом РЭМА выявило тенденцию к увеличению весового содержания минерального компонента в суставной выстилке головки бедренной кости животных опытной группы в периоде 125-215 суток после операции (таблица).

Содержание остеотропных химических элементов в суставной выстилке

и субхондральной пластинке головки бедренной кости собак через 4-7 месяцев

после моделирования перелома

Концентрация

Участок

анализа

Интактная конечность (М± SD)

Оперированная конечность (М± SD)

Mgw%

Pw%

Sw%

Caw%

Mgw%

Pw%

Sw%

Caw%

Гиалиновый хрящ

0,02 ± 0,013

0,30 ± 0,060

0,22 ± 0,090

0,23 ± 0,094

0,06 ± 0,045*

0,62 ± 0,392

0,35 ± 0,211

0,30 ± 0,084

Поверхностная зона

0,02 ± 0,011

0,39 ± 0,165

0,16 ± 0,102

0,13 ± 0,042

0,04 ± 0,021*

0,43 ± 0,276

0,27 ± 0,181

0,25 ± 0,112*

Средняя зона

0,02 ± 0,014

0,32 ± 0,104

0,20 ± 0,096

0,20 ± 0,115

0,07 ± 0,040*

0,50 ± 0,221

0,47 ± 0,133*

0,36 ± 0,157*

Глубокая зона

0,02 ± 0,023

0,41 ± 0,148

0,24 ± 0,112

0,36 ± 0,190

0,07 ± 0,016*

0,54 ± 0,235

0,39 ± 0,153

0,41 ± 0,096

Субхондральная кость

0,20 ± 0,023

8,4 ± 1,09

0,08 ± 0,050

17,4 ± 1,78

0,12 ± 0,048

7,0 ± 1,38

0,19 ± 0,141

14,8 ± 3,11

Примечание: *– межгрупповые различия со значениями показателя в суставной выстилке интактных животных значимы при р < 0,01.

В интактном гиалиновом хряще наблюдалось равномерное распределение магния и градиентное – от поверхностной к глубокой зоне – увеличение массовой доли фосфора, серы и кальция. Через 4-7 месяцев после операции было выявлено статистически значимое 3-кратное возрастание Mgw% в каждой из зон суставного хряща, 2,3-кратный прирост Sw% в его средней зоне и почти двукратное увеличение Caw% в поверхностной и средней зонах. В субхондральной костной пластинке, напротив, была отмечена тенденция к снижению массового содержания остеотропных элементов магния, кальция и фосфора и увеличению содержания серы в послеоперационном периоде (таблица). Полученные данные соотносились с морфологически подтвержденным процессом ее ремоделирования что, по мнению К.С. Десятниченко с соавт. [13], является причиной увеличения минерализации матрикса суставного гиалинового хряща.

Заключение

Проведенные исследования позволили установить, что консолидация множественных переломов таза и бедра в условиях чрескостного остеосинтеза у экспериментальных животных происходит по вторичному типу с формированием первичного фиброзно-хрящевого сращения отломков на 28-35-е сутки внешней фиксации аппаратом. Активизация интрамембранозного и эндохондрального остеогенеза в периоде после демонтажа стабилизирующего устройства завершается восстановлением органотипического строения костей в периоде 4-7 месяцев после травмы. При этом полное костное сращение отломков бедренной кости формируется к 35-65-м суткам послеоперационного периода, а репаративный процесс при заживлении множественных переломов седалищной кости характеризуется более замедленным течением. На момент окончания эксперимента в головке бедренной кости не выявлены признаки остеонекроза, однако развиваются типичные дистрофические изменения суставной выстилки и субхондральной костной пластинки, соответствующие I стадии остеоартроза.


Библиографическая ссылка

Силантьева Т.А., Краснов В.В. МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ЗАЖИВЛЕНИЯ КОСТЕЙ ТАЗА И БЕДРА ПРИ ИХ СОЧЕТАННОЙ ТРАВМЕ И ОДНОМОМЕНТНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ МЕТОДОМ ЧРЕСКОСТНОГО ОСТЕОСИНТЕЗА // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=27297 (дата обращения: 24.02.2020).


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