Сокращение аппаратного периода при удлинении конечности методом дистракционного остеосинтеза остается одной из актуальных задач современной травматологии и ортопедии. Одним из вариантов решения этой проблемы является повышение суточного темпа удлинения. Известно, что удлинение голени с темпом 3 мм в высокодробном режиме может сократить аппаратный период до 30% [1]. Армирование в обозначенных условиях регенерата внутрикостными эластичными стержнями позволяет сократить период фиксации конечности в аппарате до двух недель [2]. Однако данная методика в ряде случаев требует повторного оперативного вмешательства, связанного с удалением армирующих элементов. Для коррекции деформации костей и при удлинении конечностей некоторые хирурги применяют косую остеотомию [3].
Есть данные, что такой способ повреждения кости может способствовать более быстрому замещению диастаза костной тканью при устранении деформаций длинных костей и при удлинении конечностей [4-6]. Основным методом контроля течения регенераторного процесса удлиняемой кости является рентгенологическое обследование, которое многократно повторяется в период лечения [7]. В последнее время появилась возможность получения дополнительных знаний путем количественного анализа цифровых изображений рентгенограмм на рабочем месте врача ортопеда-травматолога [8].
Учитывая, что плотность регенерата зависит от степени его минерализации, одним из объективных критериев оценки состояния костной ткани является оптическая плотность - важнейший диагностический признак, который позволяет прогнозировать течение заболевания и контролировать эффективность лечения [9].
Цель исследования – провести сравнительный анализ оптической плотности цифровых изображений рентгенограмм дистракционных регенератов на этапах автоматического удлинения голени с темпом 3 мм в сутки.
Материал и методы исследования. Исследование выполнено на 14 взрослых беспородных собаках в возрасте 1-3 года, массой от 24±3,1 кг, с длиной голени в среднем 18,6±1,3 см, которым в условиях операционной на голень монтировали аппарат Илизарова и нарушали целостность кости: в 1 серии - путем флексионной остеоклазии на уровне средней трети, во II серии – путем косой остеотомии. Затем в течение 10 суток осуществляли удлинение голени методом чрескостного дистракционного остеосинтеза с использованием автоматических приводов с суточным темпом 3 мм со 120-кратной дробностью. Величина удлинения составила 15,7± 1,3%.
Эксперимент на животных (содержание, операции и эвтаназию) осуществляли согласно «Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных», утвержденных Приказом МЗ СССР No 755 от 12 августа 1977 г., а также «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях».
Исследование по определению оптической плотности выполняли на оцифрованных рентгенограммах, сделанных через 10 суток дистракции, по окончании периода фиксации (срок фиксации в I серии составил 30 суток, во II – 15 суток в связи с наступлением опороспособности регенерата) и через 30 суток после демонтажа аппарата. Рентгенографические снимки оперированных голеней животных выполняли однотипно в прямой и боковой проекциях с использованием рентгеновского аппарата «VEP X Technology Premium VET» (Испания). Оцифровку рентгенограмм осуществляли путем их сканирования с помощью сканера серии «hp scanjer 7400c» (Hewlett Packard, Калифорния), а затем сохраняли в памяти компьютера.
Интенсивность (Ii) теней различных участков регенерата оценивали в программе Hi – scene, предназначенной для чтения и компьютерной обработки цифровых результатов рентгенологического исследования [10]. Измерения Ii на этапе дистракции проводили в периостальной, эндостальной и интермедиарной областях регенерата с передней, задней, латеральной и медиальной поверхностей в проксимальном и дистальном костных отломках, проксимальном и дистальном костных отделах и в зоне соединительнотканной прослойки (рис. 1). В последующие периоды эксперимента интенсивность теней измеряли в проекции аналогичных участков регенерата. Далее рассчитывали оптическую плотность по формуле ODi = lg((Ii-Im)/I0), где Ii – интенсивность i-го элемента изображения, Im – cредняя интенсивность тени мягких тканей, I0 – средняя интенсивность фона. Статистическую обработку выполняли в программе Attestat, версия 1.0 [11]. Достоверность различий оценивали методами вариационной и непараметрической статистики в зависимости от характера распределения выборок использовали критерий Вилкоксона или критерий Стьюдента.
Схема измерения оптической плотности теней в различных участках дистракционного регенерата. М - медиальная поверхность. Л – латеральная поверхность. Желтый контур в верхней части – проксимальный костный отломок, в нижней – дистальный костный отломок. Розовый контур в верхней части – проксимальный костный отдел, в нижней – дистальный костный отдел. Синий контур – зона соединительнотканной прослойки.
П – периостальная область регенерата. И – интермедиарная область регенерата.
Э - эндостальная область регенерата
Результаты и обсуждение
Выявлено, что через 10 суток дистракции у животных 2 серии оптическая плотность костных отломков уменьшалась по сравнению с первой на 12-18%, за исключением задней поверхности, где она практически не изменялась (табл. 1). В проксимальном костном отделе у животных II серии со стороны медиальной поверхности в эндостальной и интермедиарной зонах значения OD были на 8 и 20% меньше, чем в I cерии. С передней поверхности - напротив, превышали показатели у животных с флексионной остеоклазией во всех зонах в 2,5-3 раза, а с задней - в 2-3,7 раза. В дистальном костном отделе показатели ОD в 1,43 раза превышали аналогичные значения I серии только в интермедиарной зоне с латеральной поверхности. В области эндоста и периостальной поверхности достоверных отличий не выявлено.
При анализе аналогичных зон с медиальной поверхности отмечено уменьшение оптической плотности на 8-34% относительно животных с флексионной остеоклазией.
Таблица 1
Оптическая плотность в различных участках дистракционного регенерата большеберцовой кости через 10 суток дистракции
|
Зоны регенерата |
ОD (M±m) |
||||||||
|
Область регенерата (относительно исследуемой поверхности) |
|||||||||
|
Латеральная |
Медиальная |
Передняя
|
Задняя |
||||||
|
I
|
II |
I |
II |
I |
II |
I |
II |
||
|
Проксимальный костный отломок |
0,76±0,031* |
0,66±0,022* |
0,74±0,032* |
0,61±0,021* |
0,67±0,030* |
0,56±0,019* |
0,68±0,024*** |
0,67±0,027*** |
|
|
Дистальный костный отломок |
0,73±0,029* |
0,62±0,023 * |
0,74±0,036 * |
0,60±0,031 * |
0,61±0,029 *** |
0,61±0,021 *** |
0,60±0,026 ** |
0,64±0,024 ** |
|
|
Проксимальный костный отдел |
Периостальная область |
0,51±0,017* |
0,43±0,014 * |
0,34±0,011 *** |
0,33±0,013 *** |
0,17±0,006 * |
0,35±0,011 * |
0,22±0,010 * |
0,54±0,021 * |
|
Эндостальная область |
0,62±0,032** |
0,58±0,030 ** |
0,54±0,018** |
0,50±0,014 ** |
0,28±0,011 * |
0,43±0,020 * |
0,29±0,013 * |
0,58±0,022 * |
|
|
Интермедиарная область |
0,54±0,019** |
0,56±0,017 ** |
0,64±0,031* |
0,45±0,019 * |
0,16±0,006 * |
0,56±0,027 * |
0,16±0,005* |
0,59±0,016 * |
|
|
Дистальный костный отдел |
Периостальная область |
0,36±0,007*** |
0,36±0,004 *** |
0,47±0,016 * |
0,32±0,012 * |
0,06±-,001 * |
0,45±0,013 * |
0,30±0,010 ** |
0,39±0,011 ** |
|
Эндостальная область |
0,51±0,013** |
0,53±0,011 ** |
0,48±0,012 *** |
0,47±0,011 *** |
0,16±0,028 * |
0,57±0,020 * |
0,14±0,005 * |
0,49±0,017 * |
|
|
Интермедиарная область |
0,36±0,011* |
0,50±0,021 * |
0,54±0,018 * |
0,45±0,009 * |
0,05±0,002 * |
0,58±0,025 * |
0,18±0,006 * |
0,57±0,026 * |
|
|
Срединная соединительнотканная прослойка |
Периостальная область |
0,47±0,013* |
0,37±0,016 * |
0* |
0,17±0,002* |
0,01±0,0004* |
0,35±0,013* |
0,09±0,002* |
0,41±0,015* |
|
Эндостальная область |
0,46±0,021*** |
0,45±0,020*** |
0,25±0,01* |
0,47±0,017* |
0,01±0,0004* |
0,49±0,019* |
0,04±0,001* |
0,57±0,25* |
|
|
Интермедиарная область |
0,45±0,019** |
0,47±0,021 ** |
0 * |
0,35±0,015* |
0* |
0,53±0,023* |
0,14±0,005* |
0,57±0,021* |
|
* - при р< 0,01 – различия достоверны по сравнению с животными другой серии;
** - при р< 0,05 – различия достоверны по сравнению с животными другой серии;
*** - при р≥ 0,05 – различия недостоверны по сравнению с животными другой серии.
С передней и задней поверхностей OD животных II серии увеличивалось во всех зонах в 2-7 раз. Минимальные показатели OD у животных обеих групп отмечены в зоне соединительнотканной прослойки. Причем с латеральной поверхности значения обеих групп были идентичными во всех зонах регенерата. В остальных участках значения II группы были больше в 1,5-5 раз, чем в I.
К окончанию периода фиксации сохранялось уменьшение OD в области костных отломков и всех зон регенерата с медиальной и латеральной поверхностей во II cерии в пределах 10-23% по сравнению с животными I серии (табл. 2). Во всех остальных зонах со стороны передней и задней поверхностей значения либо не имели достоверных отличий, либо в 1,2-1,4 раза были больше у животных II серии. Наибольшее увеличение показателей у животных II серии отмечались в области периоста.
Таблица 2
Оптическая плотность в различных участках дистракционного регенерата большеберцовой кости по окончании периода фиксации
|
Зоны регенерата |
ОD (M±m) |
||||||||
|
Область регенерата (относительно исследуемой поверхности) |
|||||||||
|
Латеральная |
Медиальная |
Передняя |
Задняя |
||||||
|
I |
II |
I |
II |
I |
II |
I |
II |
||
|
Проксимальный костный отломок |
0,62±0,027 **+ |
0,58±0,021**+ |
0,63±0,023*+ |
0,49±0,018*+ |
0,75±0,031*+ |
0,61±0,023*++ |
0,68±0,021**+++ |
0,65±0,022**+++ |
|
|
Дистальный костный отломок |
0,51±0,021 *+ |
0,61±0,029*+ |
0,60±0,022 * |
0,48±0,021 *+ |
0,72±0,029 *+ |
0,54±0,22 *+ |
0,61±0,021 ***+++ |
0,63±0,024 ***+++ |
|
|
Проксимальный костный отдел |
Периостальная область |
0,40±0,013 **+ |
0,31±0,014 **+ |
0,32±0,012 *+++ |
0,08±0,001 *+ |
0,67±0,031 **+ |
0,41±0,012 **+ |
0,12±0,005 *+ |
0,27±0,007 *+ |
|
Эндостальная область |
0,55±0,015 *++ |
0,48±0,011 *+ |
0,53±0,019 *+++ |
0,40±0,014 *+ |
0,56±0,017 **+ |
0,50±0,014 **+ |
0,50±0,016 **+ |
0,59±0,022 **+++ |
|
|
Интермедиарная область |
0,53±0,017 ***++ |
0,55±0,019 ***+++ |
0,48±0,014 *+ |
0,43±0,011 *+++ |
0,60±0,028 *+ |
0,54±0,018 *+++ |
0,48±0,012 *+ |
0,60±0,029 *+++ |
|
|
Дистальный костный отдел |
Периостальная область |
0,21±0,002 **+ |
0,30±0,011 **++ |
0,30±0,013 **+ |
0,24±0,008 **+ |
0,38±0,015 **+ |
0,30±0,013 **+ |
0,07±0,002 *+ |
0,41±0,015 *+ |
|
Эндостальная область |
0,49±0,015 **+++ |
0,55±0,020 **+++ |
0,49±0,016 *+++ |
0,41±0,014 *++ |
0,49±0,013 ***+ |
0,49±0,023 ***+ |
0,47±0,021 **+ |
0,57±0,022 **+ |
|
|
Интермедиарная область |
0,45±0,016 *+ |
0,55±0,021*+ |
0,42±0,015 ***+ |
0,40±0,014 ***+ |
0,64±0,031 *+ |
0,52±0,017 *+ |
0,36±0,013 * |
0,59±0,023 *+++ |
|
|
Срединная соединительнотканная прослойка |
Периостальная область |
0,35±0,011 **+
|
0,31±0,014 **+ |
0,22±0,005 *+ |
0,13±0,003 *++ |
0,51±0,017 **+ |
0,41±0,019 **+ |
0,21±0,005 **+ |
0,28±0,011 **+ |
|
Эндостальная область |
0,56±0,019 *+ |
0,48±0,017 *++ |
0,54±0,013 *+ |
0,35±0,011 *+ |
0,56±0,023 **+ |
0,50±0,013 **+++ |
0,54±0,025 **+ |
0,57±0,024 **+ |
|
|
Интермедиарная область |
0,51±0,015 ***+ |
0,51±0,018 ***+ |
0,46±0,012 *++ |
0,33±0,011 *++ |
0,70±0,034 *++ |
0,54±0,021 *+++ |
0,45±0,014 *+ |
0,59±0,027 *+++ |
|
* - при р< 0,01 - различия достоверны по сравнению с животными другой серии;
** - при р< 0,05 - различия достоверны по сравнению с животными другой серии;
*** - при р≥ 0,05 - различия недостоверны по сравнению с животными другой серии;
+ - при р < 0,01 - различия достоверны по сравнению с периодом дистракции;
++ - при р < 0,05 - различия достоверны по сравнению с периодом дистракции;
+++ - при р≥ 0,05 - различия недостоверны по сравнению с периодом дистракции.
Через месяц после демонтажа аппарата показатели OD во II серии на уровне костных отломков с латеральной и задней поверхностей приближались к показателям животных I серии. А со стороны медиальной и передней поверхностей оставались на 10-17% ниже, чем в отломках в I серии (табл. 3).
У животных обеих серий уменьшалась оптическая плотность в области периоста и эндоста и увеличивалась - в области интермедиарного пространства, что свидетельствовало о приобретении органоспецифического строения в новообразованном участке кости в данный период. При этом в интермедиарной зоне у животных II серии OD была снижена всего на 6-8% в проекции костных отделов и на 20-40% в проекции соединительнотканной прослойки. В области периоста в дистальном костном отделе и в проекции прослойки значения, напротив, со стороны медиальной поверхности оставались повышенными относительно животных I серии в 1,4-1,7 раза.
Таблица 3
Оптическая плотность в различных участках дистракционного регенерата большеберцовой кости через 30 суток после демонтажа аппарата
|
Зоны регенерата |
ОD (M±m) |
||||||||
|
Область регенерата (относительно исследуемой поверхности) |
|||||||||
|
Латеральная |
Медиальная |
Передняя |
Задняя |
||||||
|
I |
II |
I |
II |
I |
II |
I |
II |
||
|
Проксимальный костный отломок |
0,62±0,025 ***+++ |
0,62±0,028 ***+++ |
0,63±0,025 *+++ |
0,47±0,018*+++
|
0,70±0,033 *+++ |
0,56±0,023 *++ |
0,66±0,029**+++ |
0,61±0,027**+++ |
|
|
Дистальный костный отломок |
0,56±0,026 ***++ |
0,56±0,017 ***++ |
0,61±0,028 *+++ |
0,55±0,021 *+ |
0,69±0,031 *+++ |
0,58±0,027 *+++ |
0,60±0,023 **+++ |
0,57±0,024 **++ |
|
|
Проксимальный костный отдел |
Периостальная область |
0,37±0,011*++ |
0,19±0,007*++ |
0,19±0,006 *+ |
0,09±0,003 *++ |
0,35±0,012 *+ |
0,22±0,008 *+ |
0,27±0,010 ***+ |
0,23±0,006 ***+ |
|
Эндостальная область |
0,58±0,026 **+++ |
0,52±0,021 **+ |
0,48±0,019 *+ |
0,36±0,011 *+ |
0,54±0,018 *++ |
0,47±0,011 *++ |
0,50±0,013 ***+++ |
0,55±0,012 ***++ |
|
|
Интермедиарная область |
0,57±0,025 **++ |
0,49±0,023 **+ |
0,50±0,022 ***+++ |
0,48±0,020 ***++ |
0,68±0,013 ***+ |
0,45±0,010 ***+ |
0,58±0,019 **+ |
0,53±0,015 **+ |
|
|
Дистальный костный отдел |
Периостальная область |
0,15±0,006 * |
0,26±0,011 * |
0,1±0,004 * |
0,30±0,003 * |
0,50±0,017 * |
0,22±0,013 * |
0,21±0,009 ** |
0,29±0,011 ** |
|
Эндостальная область |
0,54±0,021*** |
0,51±0,019*** |
0,53±0,024* |
0,35±0,015 * |
0,54±0,013 *** |
0,57±0,017 *** |
0,53±0,015 *** |
0,55±0,017 *** |
|
|
Интермедиарная область |
0,49±0,021 *** |
0,49±0,019 *** |
0,46±0,013 ** |
0,41±0,009 ** |
0,68±0,027 * |
0,53±0,013 * |
0,54±0,019 ** |
0,50±0,012 ** |
|
|
Срединная соединительнотканная прослойка |
Периостальная область |
0,30±0,011 ***++ |
0,27±0,006 ***+ |
0,26±0,004 *++ |
0,36±0,0010 **+ |
0,28±0,006 **+ |
0,21±0,004 **+ |
0,26±0,008 ***+ |
0,25±0,003 ***++ |
|
Эндостальная область |
0,58±0,024 **+++ |
0,52±0,016 **++ |
0,54±0,018 *+++
|
0,16±0,006 *+ |
0,57±0,023 ***+++ |
0,55±0,013 ***++ |
0,52±0,015 **+++ |
0,43±0,009 **+ |
|
|
Интермедиарная область |
0,55±0,021 *++ |
0,44±0,011 *+ |
0,54±0,020 *+ |
0,27±0,005 *+ |
0,68±0,029 **+++ |
0,43±0,011 **+ |
0,53±0,016 **+ |
0,38±0,010 **+ |
|
* - при р< 0,01 - различия достоверны по сравнению с животными другой серии;
** - при р< 0,05 - различия достоверны по сравнению с животными другой серии;
*** - при р≥ 0,05 - различия недостоверны по сравнению с животными другой серии;
+ - при р < 0,01 - различия достоверны по сравнению с периодом фиксации;
++ - при р < 0,05 - различия достоверны по сравнению с периодом фиксации;
+++ - при р≥ 0,05 - различия недостоверны по сравнению с периодом фиксации.
Полученные результаты показали, что применение косой остеотомии способствует большей минерализации костных отделов и прослойки в периоды дистракции и фиксации, в сравнении с применением флексионной остеоклазии, за исключением исследованных зон с медиальной поверхности. Это можно связывать с формированием операционного доступа в данной области и соответственно большего нарушения кровоснабжения в окружающих тканях. В I экспериментальной cерии исследования меньшая минерализованность структур регенерата была отмечена в проекции передней поверхности ввиду большей ее травмируемости в результате флексионной остеоклазии.
Xia Lan с соавторами (2013) [12] считают, что хороший результат применения косой остеотомии при удлинении конечности связан с большой площадью контакта костных отломков и лучшей их стабильностью. В других источниках отмечено [13], что косая остеотомия применяется хирургами не часто. Одна из причин – сложность обеспечения необходимой жесткости фиксации в аппарате при коротком костном фрагменте. Тем не менее в литературе встречается опыт ее практического использования с положительным результатом [14; 15]. В нашем варианте мы получили более хорошие результаты на этапах дистракции и фиксации в сериях с применением косой остеотомии (серия II), что позволило демонтировать аппарат уже через 14 суток фиксации отломков в аппарате ввиду наступления опороспособности новообразованного участка диафиза.
Показатели оптической плотности в обеих сериях при демонтаже аппарата в интермедиарной и эндостальной зонах регенерата как минимум в проекции 2 поверхностей составляли не менее 0,5 усл. ед., что может служить критерием для определения возможности демонтажа аппарата. При этом минимальные значения ОD в проекции двух других поверхностей должны быть не менее 0,33 усл. ед.
Выводы. Таким образом, автоматическое удлинение голени с темпом 3 мм при повреждении целостности кости путем косой остеотомии способствует более активному остеогенезу в период дистракции, что приводит к раннему замещению соединительнотканной прослойки костной тканью и наступлению опороспособности конечности уже через 14 суток после демонтажа аппарата, сокращая аппаратный период на 16% по сравнению с применением флексионной остеоклазии. При этом через 30 суток безаппаратного периода сохраняются признаки незаконченной органотипической перестройки новообразованного участка диафиза. При значениях оптической плотности дистракционного регенерата в области интермедиарной и эндостальной зон с двух и более поверхностей больше 0,5 усл. ед., а в остальных - не менее 0,33 усл. ед, в обеих сериях отмечено наступление опороспособности регенерата. Полученные значения могут являться критериями для демонтажа аппарата.