Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

МОРФОСТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛОФИКСАТОРОВ НА ФОНЕ ИММОБИЛИЗАЦИОННОГО ОСТЕОПОРОЗА

Гюльназарова С.В. 1 Кудрявцева И.П. 1 Ганжа А.А. 1
1 ФГБУ «Уральский НИИ травматологии и ортопедии им. В.Д. Чаклина» Минздрава России
В эксперименте проведен анализ морфоструктурных особенностей здоровой кости и остеопоротически измененной костной ткани на введение стандартных спиц Киршнера. Экспериментальные животные (крысы линии Вистар) были разделены на две равные группы – здоровые животные с нормальной минеральной плотностью кости и с предварительно моделированным иммобилизационным остеопорозом путем ампутации голени одной из задних конечностей. Всем особям имплантировались стандартные спицы из медицинской стали диаметром 0,8 мм в область дистального метафиза бедра и проксимального метафиза голени. Проводилась микроскопия и морфометрия гистологических препаратов с последующим статистическим анализом полученных данных. Выявлены общие закономерности морфологических проявлений, развившихся у животных обеих групп: формирование фиброзной капсулы в спицевом канале и компактизация его стенки. Установлено прогрессирующее увеличение диаметра спицевого канала у животных с иммобилизационным остеопорозом. Полученные данные свидетельствуют о зависимости морфоструктурных проявлений на границе «кость – имплантат» от состояния исходной структуры костной ткани и активизации резорбции кости при остеопорозе в ответ на введение спицы Киршнера.
кость
иммобилизационный остеопороз
спица Киршнера
фиброзная капсула
репаративный остеогенез
1. Ганжа А.А., Кузнецова О.А. Осложнения при чрескостном остеосинтезе у пациентов с ложными суставами на фоне сопутствующего иммобилизационного остеопороза // Вестник травматологии и ортопедии Урала. – 2012. – № 3–4. – С. 57–60.
2. Гюльназарова С.В., Кузнецова О.А. Оценка состояния минеральной плотности костной ткани при псевдоартрозах и несросшихся переломах костей нижних конечностей // Гений ортопедии. – 2002. – № 1. – С. 161–162.
3. Гюльназарова С.В., Кузнецова О.А. Особенности консолидации переломов при иммобилизационном остеопорозе // Высокие технологии в травматологии и ортопедии: организация, диагностика, лечение, реабилитация, образование: материалы Первого съезда травматологов-ортопедов Уральского федерального округа, Екатеринбург, 1–3 июня 2005 г. – Екатеринбург: Издат. дом «Автограф», 2005. – С. 270–271.
4. Кузнецова О.А. Лечение ложных суставов длинных костей нижних конечностей на фоне регионарного остеопороза: автореф. дис. … канд. мед. наук. – М., 2010. – 24 с.
5. Леонова С.Н. Остеопороз при лечении переломов // Проблема остеопороза в травматологии и ортопедии: тезисы 3 конференции с международным участием, 14–15 февраля 2006 года. – М., 2006. – С. 52–53.
6. Майбородин И.В. Внутрисуставная имплантация материалов из биодеградируемых полигидроксиалканоатов в эксперименте / И.В. Майбородин, А.И. Шевела, Е.А. Береговой [и др.] // Травматология и ортопедия России. – 2011. – № 1. – С. 67–75.
7. Экспериментальное исследование возможности применения новых композитных материалов в челюстно-лицевой хирургии / В.А. Маланчук, Е.А. Астапенко, Ю.В. Чепурный, Е.И. Жуковцева // Современная медицина: актуальные вопросы. – 2013. – № 23. – С. 92–102.
8. Машков В.М. Экспериментальное исследование особенностей регенерации костной ткани вокруг имплантатов при одноэтапном двустороннем тотальном эндопротезировании тазобедренных суставов / В.М. Машков, О.В. Сабодашевский, Г.И. Нетылько [и др.] // Травматология и ортопедия России. – 2012. – № 2. – С. 60–66.
9. Серов В.В., Пауков В.С. Воспаление – М.: Медицина, 1995. – С. 209–213.
10. Стецула В.И., Веклич В.В. Основы управляемого чрескостного остеосинтеза – М.: Медицина, 2003. – С. 78–95.

В последние годы установлена высокая встречаемость (до 74 % случаев) иммобилизационного остеопороза (ИОП), сопутствующего несращениям костей, развивающегося вследствие длительного дефицита весовой и динамической нагрузок поврежденной конечности после травмы [2, 4, 5]. Наличие ИОП сопровождается значительными техническими трудностями при операциях, в том числе и при чрескостном остеосинтезе (ЧО) [3, 4], который активно используется для лечения данной категории пациентов. Однако при ЧО часто отмечают резорбцию кости в зоне контакта её с имплантатом, что отрицательно влияет на остеогенез [1, 10]. В настоящее время практически отсутствует достоверная информация о степени выраженности резорбтивных процессов остеопоротически перестроенной костной ткани в зоне её контакта с металлофиксаторами, что свидетельствует об актуальности данного исследования.

Цель исследования – изучить в эксперименте морфоструктурные особенности ответной реакции здоровой кости и остеопоротически перестроенной костной ткани на введение металлофиксаторов.

Материалы и методы исследования

В исследовании были использованы 80 самцов крыс Вистар в возрасте 3–4 месяцев, массой 100–140 г. Исследования проводились согласно «Правилам проведения работы с использованием экспериментальных животных» (приложение по приказу МЗ СССР № 755) и Европейской Конвенции защиты животных, принятой в 1986 году в Страсбурге. Животные были разделены на две серии по 40 особей в каждой. Оперативное вмешательство выполнялось под внутримышечным наркозом. Животным второй серии предварительно моделировали иммобилизационный остеопороз путем ампутации 1/3 голени одной из задних конечностей. Крысы с ампутированной конечностью культю голени не нагружали. Крысам обеих серий выполнялась имплантация стандартных спиц из медицинской стали d = 0,8 мм в область дистального метафиза бедренной и проксимального метафиза большеберцовой костей. Сроки наблюдения в обеих группах составили: 7, 14, 30, 90, 120 дней после операции. У животных обеих серий не было выявлено клинических признаков воспаления в области доступа, заживление проходило первичным натяжением. Выведение из эксперимента проводилось согласно Международным правилам гуманного отношения к животным.

Экспериментальный материал представлял собой фрагменты метафизов бедренных и большеберцовых костей крыс, из которых после фиксации в 10 % растворе формалина, декальцинации в 7 % растворе азотной кислоты и Biodec R вырезали костные блоки, обезвоживали их в спиртах восходящей концентрации, заливали в парафин. Гистологические препараты окрашивали гематоксилин-эозином по Ван-Гизону. Изучение морфологического материала выполняли с использованием микроскопа Olimpus (Япония). Ввод изображений производили на цифровом модуле визуализации и документирования VIDI–CAM (Россия, СПб) при увеличении 40. Для анализа оцифрованных изображений использовали программное обеспечение «Видео – Тест Мастер – Морфология 5.2» (Россия, СПб.). Различия сравниваемых показателей считали достоверными при p ≤ 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты экспериментального морфологического исследования показали, что в обеих сериях опытных животных через 7 дней после введения спиц на стенках спицевого канала определялись участки грануляционной ткани с наличием большого количества кровеносных сосудов, скопления макрофагов и фибробластов. В участках введения спиц в корковую пластинку как у здоровых животных, так и у крыс с остеопорозом отмечалась слабая периостальная реакция в виде сети костных трабекул разной степени зрелости. У животных второй серии костная ткань вокруг спицевого канала была разрежена за счет увеличения диаметров гаверсовых каналов, в губчатой костной ткани отмечались истонченные трабекулы, за счет пазушной и остеокластической резорбции были расширены межтрабекулярные пространства.

Диаметр спицевого канала в этот срок во второй серии был достоверно больше, чем в первой, разница в его величине между сериями составила 0,072 мкм (рис. 1).

Через 14 дней после имплантации спиц у всех животных сохранялась слабо выраженная периостальная реакция вокруг них. В обеих сериях к стенкам спицевого канала на отдельных участках прилежала капсула, сформированная из коллагеновых волокон различной степени зрелости (рис. 2).

pic_7.tif

Рис. 1. Динамика изменений диаметра спицевого канала (мкм) у здоровых животных и животных с остеопорозом: * – р ≤ 0,05

У животных с иммобилизационным остеопорозом фиброзная капсула была толще, чем у крыс 1 серии. В костной ткани, прилегающей к каналу, было отмечено увеличение количества истонченных трабекул, широких межтрабекулярных пространств, а также появление очагов дистрофических и склеротических изменений костной ткани на отдельных участках спицевого канала. В этот срок диаметр спицевого канала второй серии был на 0,108 мкм больше, чем в первой (р ≤ 0,05).

Через 30 дней после операции в спицевых каналах обеих серий определялась утолщенная фиброзная капсула, но во второй она занимала большую площадь и протяженность. В прилежащей к спицевому каналу костной ткани сохранялись дистрофические и очаговые склеротические изменения. Во второй серии опытов эти явления носили более распространенный характер на фоне истонченных, атрофических трабекул, характерных для остеопороза. Широкие межтрабекулярные пространства были заполнены жировым и миелоидным костным мозгом, причем у животных с остеопорозом было выявлено преобладание жирового костного мозга. Диаметр спицевого канала, как и в предыдущие сроки наблюдения у животных второй серии был достоверно больше, чем в первой (рис. 1).

pic_8.tif

Рис. 2. 14 дней опыта. 1 серия. Фиброзная капсула в спицевом канале. Ван-Гизон. Увеличение ×40

Через 90 дней наблюдения фиброзная капсула, расположенная на стенках спицевого канала, была представлена круглыми фрагментами, между которыми отмечены участки вновь сформированной незрелой костной ткани с истонченными костными трабекулами и расширенными межтрабекулярными пространствами. Фиброзная ткань капсулы была представлена упорядоченными зрелыми коллагеновыми волокнами.

Через 120 дней на стенках спицевого канала отмечались отдельные фрагменты уплотненной фиброзной капсулы, преимущественно у животных второй серии. На остальной протяженности стенка спицевого канала была представлена костной тканью компактного строения (рис. 3).

pic_9.tif

Рис. 3. 120 дней опыта. Компактная костная ткань на стенке спицевого канала. В прилежащей губчатой кости определяется жировой и миелоидный костный мозг. Ван-Гизон. Увеличение ×40

К завершению опытов (120 дней) у животных 2 серии в окружающей спицевой канал костной ткани сохранялись распространенные явления остеопороза. Диаметр спицевого канала во второй серии был на 0,083 мкм больше, чем в первой (р ≤ 0,05). В обеих сериях эксперимента в этот срок в губчатой костной ткани, прилежащей к спицевому каналу, определялись дистрофические изменения, а очаги склероза были увеличенными по площади относительно предыдущего срока наблюдения. Следует также отметить, что у животных обеих серий на протяжении всего периода наблюдения не были выявлены инфильтраты, гигантские клетки.

При морфологическом исследовании ткани, расположенной на стенках спицевого канала, в обеих сериях эксперимента было отмечено образование фиброзной капсулы, что, по мнению В.В. Серова и В.С. Паукова [9], является результатом преобразования грануляционной ткани, которую создает организм в условиях патологии. Формирование фиброзной капсулы постулируется многими авторами как закономерная реакция организма на внедрение любого инородного тела или материала [6, 7, 8]. Наблюдавшаяся в обеих сериях опытов компактизация стенок спицевого канала является следствием репаративной реакции кости, возникающей на введение спицы, причем в метафизе эндостальная реакция всегда наблюдается именно в непосредственной близости к раневому каналу с формированием так называемого костного «чехла» [10].

Анализ динамики морфологических данных обеих серий опытов показал, что у животных с ИОП после имплантации спиц явления остеопороза нарастали: увеличилось число участков пазушной и остеокластической резорбции, истонченных костных трабекул, расширенных межтрабекулярных пространств. Увеличение диаметра спицевого канала при ИОП, по-видимому, связано с изменением структуры костной ткани и сниженной её прочностью при остеопорозе. Это подтверждается данными сравнительного исследования, которые показали, что во все сроки наблюдения у здоровых животных диаметр спицевого канала оставался без изменений.

Выводы

  1. Морфологические изменения, развивающиеся в зоне «кость – имплантат», в обеих сериях были однотипными и независимо от исходного состояния костной ткани характеризовались формированием фиброзной капсулы вокруг спицы, компактизацией стенки спицевого канала.
  2. В условиях остеопоротической перестройки костной ткани введение даже такого малоинвазивного металлического имплантата, как спица, активизирует выраженность резорбтивных процессов, что приводит к увеличению диаметра спицевого канала.

Рецензенты:

Волокитина Е.А., д.м.н., профессор кафедры ФПК и ПП, ГБОУ ВПО УГМУ Минздрава России, г. Екатеринбург;

Данилова И.Г., д.б.н., заведующая лабораторией морфологии и биохимии Института иммунологии и физиологии УрО РАН, г. Екатеринбург.

Работа поступила в редакцию 28.05.2014.


Библиографическая ссылка

Гюльназарова С.В., Кудрявцева И.П., Ганжа А.А. МОРФОСТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛОФИКСАТОРОВ НА ФОНЕ ИММОБИЛИЗАЦИОННОГО ОСТЕОПОРОЗА // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 7-3. – С. 468-472;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34464 (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