Автореферат и диссертация по медицине (14.00.22) на тему:Экспериментально-теоретические аспекты и некоторые закономерности репаративного костеобразования при чрескостном остеосинтезе

Внедрение в клиническую практику чрескостного компрессионно-дис-тракционного остеосшггеза существенно изменило подход к лечению ортопедической патологии и в первую очередь позволило решить проблему выравнивания длины конечностей путем их удлинения. Новое направление, разработанное академиком Г.А. Илизаровым и его школой, имеет большую историю и заслуженно признано во всем мире.

Лечение больных с врожденными или приобретенными укорочениями конечностей представляет сложную проблему. К тому же в последние годы увеличилось число пациентов с посттравматическими укорочениями конечностей. Успехи лечения этой категории больных связаны с внедрением чрескостного остеосшггеза. Врач, составляя план лечения и реабилитации пациента, должен учитывать многие факторы, влияющие на течение восстановительных процессов. Обоснованию лечебной тактики, уровню и способу остеотомии, ведению дистракции посвящены работы отечественных и зарубежных авторов [56; 88; 97; 145; 161].

Значительные достижения в лечении больных были получены благодаря многочисленным исследованиям проблемы регенерации костной и мягких тканей удлиняемой конечности [58; 62; 72; 80; 93; 94; 131]. Эти опыты позволили выявить ранее неизвестные возможности кости к регенерации и условия, обеспечивающие ее активное течение [59; 156].

Было доказано, что только стабильный остеосинтез, оптимальный темп и ритм дистракции способствуют интенсивному процессу костеобразования [66; 70; 80; 161]. В этих работах было окончательно опровергнуто мнение о том, что растяжение неблагоприятно влияет на остеогенез. Показана возможность восстановления длины кости после резекции участка ее диафиза [67; 87; 130]. Выполненные опыты на собаках по удлинению конечностей выявили однотипные рентгеноморфологические особенности строения регенерата [69; 104; 145]. Уже в ранних работах по изучению дистракционного остеогенеза была выявлена соединительно-тканная прослойка - своеобразная «зона роста». В вопросах изучения направленности процесса костеобразования в зависимости от биомеханических условий сохраняются определенные противоречия. До настоящего времени вопрос о месте приложения усилий растяжения в «зоне роста» остается дискуссионным. В литературе не имеется точного описания изменения морфологии и метаболизма клеток регенерата в ответ на дозированное растяжение.

Результаты гистохимических исследований клеток и органического мат-рикса «зоны роста» опубликованы в единичных работах [11; 13; 63; 213; 273]. Актуальность изучения характера метаболизма молодых костных клеток в процессе остеогенеза не вызывает сомнений. На основании изучения развития этих клеток можно судить об активности костеобразования.

Биохимические исследования регенерата выполнены в более широком диапазоне [27; 29; 111], но в доступной нам литературе мы не обнаружили работ, объединяющих эти данные с результатами гистохимических реакций. Исследование ключевых ферментов биологического окисления глюкозы позволяет получить информацию о состоянии регенерата и выявить причины нарушения течения восстановительных процессов [63; 79].

Зависимость процесса костеобразования от условий кровоснабжения отломков изучалась многими исследователями [103; 116; 119], и в то же время индивидуальные особенности компенсации нарушенного кровоснабжения, влияния очаговых кровоизлияний, возникающих после оперативных вмешательств, зачастую недостаточно учитываются. Для решения этих вопросов, как мы полагаем, подходящей является модель экспериментов, в которой изучается активность костеобразования в условиях повреждения или сохранения внутри-костной сосудистой сети при продольной остеотомии диафиза.

Понимание значения кровоснабжения костного органа для успешного течения восстановительных процессов при удлинении кости направляло усилия исследователей на разработку различных способов и устройств, сохраняющих внутрикостные сосуды. Были предложены методики флексионной и торсионной кортикотомии, различные ограничители для проникновения долот в кост-но-мозговой канал и устройства для механической подачи долот при выполнении операций [10; 75; 158; 167; 169]. Очевидная важность исследований в этом направлении позволила нам предложить устройство для безударной кортикотомии и разработать методику, сохраняющую внутрикостные сосуды [12].

Анализ литературных данных показал, что еще не в полной мере выявлены условия стимулирующего влияния дозированного растяжения тканей регенерата на процесс костеобразования и, несмотря на большой объем информации, морфологические изменения в «зоне роста» недостаточно изучены.

Представленный материал основан на результатах целого ряда тем НИР по проблеме удлинения и утолщения трубчатых костей, по восстановлению длины ранее укороченной конечности, проведенных нами самостоятельно или в соавторстве с травматологами и ортопедами РНЦ «ВТО».

Цель исследования

С использованием современных методов исследования изучить в эксперименте особенности регенерации кости в различных условиях кровоснабжения при дозированной дистракции отломков с целью удлинения или утолщения конечности, определить структурно-метаболические особенности «зоны роста» и предложить пути оптимизации репаративного костеобразования в условиях чрескостного дистракционного остеосинтеза.

Задачи исследования

1. Изучить гистотопографические особенности репаративного костеобразования в предцистракционный период при различной степени тяжести повреждения кости в условиях стабильного чрескостного остеосинтеза.

2. Изучить структурно-гистохимические закономерности формирования «зоны роста» регенерата в период дистракции при чрескостном остеосинтезе и с помощью биохимических методов получить новую информацию об энергетическом метаболизме новообразованной костной ткани.

3. Предложить эксперимент, в котором в результате резекции участка диафиза кость становится короче и после ее сращения у животных наступает анатомическое укорочение. Изучить морфологические и рентгенологические особенности дистракционного регенерата, формирующегося при восстановлении длинны ранее укороченной конечности.

4. Предложить устройство и способ для открытой безударной кортикото-мии диафиза трубчатой кости, позволяющие сохранять внутрикостные сосуды и провести экспериментальное обоснование эффективности его использования.

5. Изучить гистотопографические особенности репаративной регенерации трубчатой кости в различных условиях внутрикостпого кровоснабжения в сравнительных экспериментальных исследованиях на собаках при стабильной фиксации фрагмента диафиза или дистракции его перпендикулярно продольной оси кости.

Материалы п методы

Для решения поставленных задач было проведено комплексное экспериментальное исследование, выполненное на 127 беспородных собаках в лабораторных подразделениях РНЦ «ВТО» им акад. Г.А. Илизарова.

Эксперименты на собаках проводились как самостоятельно, так и совместно с сотрудниками лабораторий центра. Проводились рентгенологические, гистологические, гистохимические и биохимические исследования.

Всего изучено 674 рентгенограммы, 1086 гистотопографических препаратов, 98 гистоэнзиматических реакций. Биохимические исследования проведены на 23 собаках, выполнено 552 исследования. Серия вазограмм, подтверждающих непрерывность внутрикостных сосудов, - на 12 животных.

Положения, выносимые на защиту

1. Интенсивность восстановительных процессов, активность репаративной реакции при чрескостном стабильном остеосинтезе в преддистракционный период зависит от тяжести повреждения кровоснабжения костного органа, в первую очередь его медуллярного компонента. Сращение скелетогенной тканью эндостальных регенератов костных отломков является определяющим морфологическим критерием начала дистракции.

2. В период дистракции источником образования костной ткани регенерата является «зона роста», представленная остеогенной и соединительной тканью. В ней происходит пролиферация, дифференцировка и адаптация клеток к растяжению. Новообразование костной ткани, рост капилляров и интенсивность метаболических процессов зависят от условий дистракционного остеосинтеза.

Научная новизна работы

Впервые показано, что в результате проведенных комплексных морфо-гистохимических исследований получены новые данные о структурно-метаболических особенностях «зоны роста» дистракционного регенерата. Проведено детальное морфологическое исследование «зоны роста» регенерата и выделено новое структурное образование - зона растяжения. Выявлена метаболическая зависимость процессов пролиферации и дифференцировки остеоген-ных клеток в «зоне роста».

Установлено, что в период дистракции в условиях стабильной фиксации активность процесса костеобразования меняется: в ранний, начальный период протекает по нормопластическому типу, затем - по гиперпластическому и позднее двух месяцев удлинения - по гипопластическому типу.

На модели продольной кортикотомии диафиза болыпеберцовой кости в экспериментах показано, что при сохранении питающей артерии выявлена высокая регенераторная активность и костное сращение происходит к 10-14-м суткам после операции. При повреждении питающей артерии в связи с очаговыми кровоизлияниями репаративная реакция имеет ограниченное распространение, и сращение наступает к 21-м суткам. На модели утолщения кости установлено, что повреждение внутрикостных сосудов во время операции вызывает грубые ишемические расстройства в костно-мозговых полостях, которые в период дистракции не полностью компенсируются, и между костными отделами регенерата формируется фиброзная прослойка, сохраняющаяся длительное время.

Предложена методика моделирования ортопедической патологии путем оперативного укорочения конечности и длительного сохранения их неравенства. Оперативное удлинение анатомически короткой кости проводится в условиях, приближенных к клинической практике.

Предложена открытая безударная кортикотомия и аппарат для ее выполнения (А.с. 1644934), с помощью которого исключаются ударные воздействия на кость и сохраняются внутрикостные сосуды, что положительно влияет на интенсивность и скорость репаративного костеобразования.

Практическая значимость работы

Полученные результаты экспериментальных исследований «зоны роста» регенерата позволяют целенаправленно влиять на активность репаративного процесса. При тяжелой ортопедической патологии, сопровождающейся недостаточностью кровоснабжения конечности, целесообразно использовать щадящую безударную кортикотомию и индивидуальный режим ведения периода дистракции.

Изучение энергетического метаболизма тканей формирующегося регенерата является перспективным направлением поиска оптимизации репаративных процессов в кости. Выявленное высокое содержание щелочной фосфатазы в остеобластах позволяет косвенно судить об активности репаративного костеобразования.

Результаты экспериментально-теоретических исследований показывают, что новообразование кости в различных условиях дистракционного остеосинтеза основано на тех же биологических реакциях, что и при заживлении переломов.

Выявленные закономерности формирования «зоны роста» подтверждают необходимость индивидуального подхода к ведению периода дистракции и выработки стратегии и тактики удлинения конечности.

Подтверждена практическая значимость механических факторов в развитии и дифференцировке скелетогенной ткани в процессе регенерации. Показано, что функциональная нагрузка на травмированную конечность должна быть адекватна степени жесткости и стабильности фиксации отломков в аппарате.

Знание закономерностей регенерации костной ткани при удлинении или утолщении костей с учетом некоторых биохимических реакций позволяет судить о качественной стороне течения восстановительных процессов, прогнозировать сроки лечения. Полученные данные используются в учебном процессе по травматологии и ортопедии и на курсах усовершенствования врачей по чрес-костному остеосинтезу.

Предложенная методика проведения эксперимента на предварительно укороченной конечности может быть рекомендована для проведения опытов по изучению костеобразования в условиях, приближенных к клинической практике.

Публикации п внедрение

По материалам диссертационного исследования опубликованы 52 печатные работы в иностранных, всесоюзных и республиканских тематических изданиях, оформлено три заключительных отчета по научно-исследовательским работам РНЦ «ВТО», сделано 21 сообщение на научных конференциях. Предлагаемый аппарат для кортикотомии защищен авторским свидетельством. Результаты настоящего исследования внедрены в учебные планы для курсантов кафедры усовершенствования врачей РНЦ «ВТО», используются в учебном процессе на курсе травматологии и ортопедии в Сургутском государственном университете.

Объем п структура работы

Диссертация содержит 175 страниц машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована 11 таблицами, 9 рисунками и 81 микрофотографией.

142 Выводы

1.При чрескостном стабильном остеосннтезе в преддистракционный период сращение регенерата на концах костных отломков скелетогенной тканью является морфологическим критерием для определения срока начала дистракции. Активность репаративной реакции в этот период зависит от характера повреждения внутрикостных сосудов, распространенности кровоизлияний и тяжести ишемии костного мозга. Предоперационное планирование, нацеленное на сохранение внутрикостных сосудов и успешное выполнение операции, создает оптимальные условия для течения процесса костеобразования.

2. В период дистракции в составе регенерата формируется «зона роста», приобретающая сложную структуру. В ней происходит пролиферация, диф-ференцировка и адаптация клеток к растяжению. Ее функциональную активность характеризуют участки остеогенеза и растяжения. В процессе удлинения в ней можно выделить периоды формирования, функциональной активности и инволюции.

3. На всех этапах удлинения процесс костеобразования осуществляется деятельностью остеогенных клеток. Наиболее высокая активность процесса костеобразования свойственна первым двум месяцам дистракции, на протяжении которых клетки остеобластического ряда характеризуются интенсивным синтезом белково-углеводных комплексов и высоким уровнем биоэнергетических процессов. Процессы дифференцировки клеток «зоны роста» метаболически зависимы.

4. Гистохимическими исследованиями установлено, что распределение белково-углеводных комплексов (гликозаминогликанов), а также некоторых окислительно-восстановительных ферментов в дистракционном регенерате соответствует его структурной организации и отражает активность остеогенеза. В остеогенной ткани выявляется гиалуроновая кислота, в новообразованных костных структурах - сульфатированные гликозаминогликаны.

5. Материал первой серии экспериментов позволяет считать оптимальным следующие темпы дистракции: при остеотомии диафиза пилкой Джильи - 0,5 мм в сутки, при щадящих кортикотомиях - 1 мм, после резекции участка диафиза - 0,5 мм в сутки при четырехкратном ритме. В то же время в клинической практике выбор темпа и ритма дистракции должны быть индивидуальными.

6. Предложена методика моделирования ортопедической патологии путем оперативного укорочения кости у растущих животных и длительного сохранения их разной длины, что приближает опыты к условиям клинической практики. Этот эксперимент показывает возможность восстановления длины конечности при оперативном ее укорочении в два этапа.

7. Замещение грубоволокнистой костной ткани пластинчатой начинается на 2-3-й неделе эксперимента и становится выраженным к концу 4-5-й недели. Окончательная перестройка дистракциоиного регенерата продолжается в течение 3-4 месяцев и более и завершается полным восстановлением органной структуры нового диафизарного участка кости.

8. Разработан способ открытой безударной кортнкотомии, позволяющий получить перелом кости с сохранением внутрикостных сосудов без применения ударных нагрузок. Рентгеноморфологическими методами подтверждено положительное влияние этой кортикотомии на интенсивность и скорость течения костеобразования.

9. При продольной остеотомии диафиза большеберцовой кости с целью получения отщепа повреждаются сосуды питающей артерии, в диастазе между раневыми поверхностями остеогенез начинается вне очагов кровоизлияний. Костное сращение наступает к окончанию третьей недели опыта. При продольной кортикотомии диафиза с сохранением внутрикостных сосудов и стабильной фиксации отщепа сращение происходит ранее двух недель.

10. При дистракции отщепа диафиза поперечно-продольной оси кости во всех опытах получено утолщение, и в диастазе между раневыми поверхностями формировался регенерат, в котором процесс костеобразования осуществлялся со стороны «зоны роста». Репаративная реакция начиналась более активно со стороны «материнского ложа» диафиза и запаздывала у отщепа, интенсивность прироста губчатой кости определялась степенью сохранности сосудов питающей артерии. В этих опытах отмечается доминирующая роль эндостального костеобразования.

11. Оптимальное использование таких биомеханических факторов, как растяжение, давление и стабильная фиксация взаимодействующих костных отломков, позволяет в наиболее полной мере выявить филогенетически заложенные свойства костной ткани к органотипической регенерации и росту.

Заключение

Метод чрескостного остеосинтеза с каждым годом приобретает все более весомую практическую значимость и, несомненно, является выдающимся достижением медицинской науки XX столетия. Метод по праву носит имя его основателя - академика Г.А. Илизарова, отличается надежностью, щадящим отношением к тканям и на протяжении всего периода лечения позволяет сохранять активную функцию конечности. Внедрение дистракционного остеосинтеза в практическое здравоохранение принципиально изменило возможности оказания помощи ортопедическим больным, в подавляющем большинстве своем имеющих тяжелую патологию. Мировая известность метода Илизарова подтверждается большим количеством тематических конференций и многочисленными публикациями [46; 156].

В настоящее время ни у кого не возникает сомнения в том, что ком-прессионно-дистракционный остеосинтез является наиболее эффективным способом удлинения конечностей. Новые данные о структурно-метаболических особенностях дистракционного регенерата расширяют возможности управления восстановительными процессами в тканях опорно-двигательной системы. В представленной работе изучение регенерации костной ткани выполнено с помощью рентгенологических, гистологических, биохимических и гистохимических методов на большом экспериментальном материале в различных условиях дистракционного остеосинтеза. Продолжено научно-практическое обоснование метода Илизарова.

Научное наследие Г.А. Илизарова далеко не исчерпало себя, и обобщение вышеприведенного материала по-прежнему актуально. Впервые на данной экспериментальной модели выполнены крайне трудоемкие гистохимические исследования. Само по себе проведение опытов на собаках с использованием метода Илизарова - чрезвычайно затратная научная работа и требует педантичного выполнения персоналом условий опытов. Все это убедило нас в том, что труд большого коллектива экспериментальных подразделений и морфологической лаборатории Российского научного центра «ВТО» следует продолжить и обобщить.

Понимание сущности репаративного остеогенеза, топографических особенностей формирующегося регенерата в зависимости от сроков и условий эксперимента позволяет выработать определенные рекомендации для ведения периода дистракции у ортопедических больных. Выполненные серии опытов на собаках сделали возможным получить сравнительный материал на различных этапах формирования регенерата в зоне диастаза.

В процессе костеобразования особую роль играют механические факторы. Значение стабильности фиксации отломков, влияние растяжения на костную ткань интересовало исследователей достаточно давно, но только с появлением аппаратов для чрескостного остеосинтеза, и в первую очередь аппарата Илизарова, появилась возможность в клинике и эксперименте осуществлять управляемую стабильную фиксацию костных отломков. Это позволило выявить ранее неизвестные возможности костеобразования и органной перестройки кости под влиянием растяжения и доказать значение стабильности фиксации [56; 70; 101; 143; 173].

Во всеобъемлющей проблеме регенерации тканей особое место отводится гистохимическим исследованиям, так как во многих тканях гистохимические преобразования предшествуют структурно-морфологическим изменениям. В нашей работе мы выполнили значительный раздел по гистохимическому изучению изменений белково-углеводных комплексов в дистрак-ционном регенерате, провели сложные в методическом плане исследования ряда ферментативных реакций (ЛДГ, СДГ и щелочная фосфатаза) в зоне роста дистракционного регенерата.

Как известно, при работе с минерализованными тканями трудно получить гистологические срезы без предварительной декальцинации, в свою очередь, удаление минерального компонента сопровождается инактивацией энзима. В работе использован мощный криомикротом (ЛКБ, Швеция), позволяющий получить достаточно тонкие срезы без декальцинации, но провести их окраску из-за присутствия солей кальция трудно. Тем не менее в этом направлении нам удалось продвинуться вперед и показать топографию распределения ГАГ и таких ферментов, как ЩФ, СДГ, ЛДГ, в зоне роста дистрак-ционного регенерата [11; 13; 78; 79].

Учитывая вышеотмеченное и ссылаясь на ранее приведенную литературную справку о «зоне роста» дистракционного регенерата, мы при обсуждении полученных результатов большое внимание уделили особенностям формирования и функции этой структуры при удлинении кости. Использование аппарата Илизарова позволило удлинять, утолщать кость и провести эксперименты в условиях жесткой стабильной фиксации. Обобщение клинического и экспериментального материала позволило Г.А. Ипизарову сделать открытие общебиологической закономерности - стимулирующего влияния напряжения растяжения на генез и рост тканей («эффект Илизарова») [156].

Следует также подчеркнуть, что, несмотря на чрезвычайно большое количество экспериментально-теоретических исследований по этой проблеме, многие вопросы, связанные с конкретными условиями ведения дистракции, со стратегией и тактикой удлинения, остаются нерешенными.

Таким образом, основным вопросом обсуждаемой работы является изучение структурно-функциональной характеристики «зоны роста» дистракционного регенерата в различных условиях удлинения длинных трубчатых костей по методу Илизарова, влияние на ее формирование ишемиче-ских нарушений, разработка новых приемов сохранения кровоснабжения кости при нарушении ее целости и изучение процесса костеобразования на экспериментальной модели предварительно укороченной кости. Кроме этого, поставлена задача сравнить активность и распространенность репара-тивного костеобразования при продольной остеотомии диафиза в условиях поврежденного и сохраненного кровоснабжения и влияния на остеогенез дозированного растяжения.

На интенсивность формирования костной ткани при травмах, как изг вестно, влияет степень повреждения конечности и в первую очередь нарушение микроциркуляторного русла поврежденной кости. В клинической практике при оскольчатых переломах сращение наступает в поздние сроки. Здесь уместно провести определенную параллель с опытами, в которых отщеп диафиза кости получали с повреждением медуллярных сосудов. В последнем случае в отщепе большинство остеоцитов погибало, и он поздно срастался с материнской костью.

В работе продолжено изучение влияния нарушения целости кости и ее кровоснабжения на репаративное костеобразование, особенно на раннее проявление эндосталыюго и периосталыюго остеогенеза. При изучении данного вопроса мы проследили репаративную реакцию эндоста и периоста в начальные сроки после повреждения кости - в предистракционный период, в ранние и поздние сроки дистракции и в период фиксации. Выявили общие закономерности репаративного костеобразования при продольном и поперечном дозированном перемещении костных отломков в условиях повреждения или сохранения их кровоснабжения. Изучили структурно-топографические особенности дистракционного регенерата при удлинении кости после безударной кортикотомии, позволяющей сохранить внутрикостные сосуды.

Стабильная фиксация костных отломков создает условия для компенсации первичных нарушений кровоснабжения и препятствует развитию вторичных нарушений микроциркуляций [56; 57; 133; 144]. Установлено, что при щадящих кортикотомиях (первая серия, вторая группа и третья серия) на 3-4-е сутки после операции в отломках выявляются костно-остеоидные ба-лочки, продолжающийся рост которых к 6-7-му дню опыта приводит к заполнению костно-мозговых каналов губчатой костью, которая соединяется по линии опила скелетогенной тканью. Последняя отличается значительной активностью гистохимических реакций на кислые ГАГ - гиалуронаты.

Молодые костные балочки содержат слабосульфатированные ГАГ. Эти закономерные реакции характерны для ранних стадий во всех сериях опытов. Формирующиеся в скелетогенной ткани нежные колпагеновые волокна выявляются в межклеточном веществе, и по мере созревания в них возрастает концентрация реакционно-способных групп ГАГ, ответственных за формирование фибрилл коллагена. Установлено, что в преддистракционный период создаются условия для прогрессивного течения костеобразования в период дистракции, а сращение отломков скелетогенной тканью может служить морфологическим критерием, определяющим завершение преддистракцион-ного периода.

В первой серии (четвертая группа опытов) было установлено, что в преддистракционный период пространственная организация регенерата зависит от степени компенсации ишемических расстройств в костно-мозговых полостях отломков. Последовательное изучение препаратов в первой серии (четвертая группа опытов) подтвердило, что в ранние сроки после нарушения целостности кости при грубых ишемических повреждениях репаративная реакция начинается в глубине костно-мозговых полостей отломков, а диффе-ренцировка остеогенной ткани определяется степенью компенсации трофических расстройств. В связи с вышеотмеченным нами разработана методика безударной кортикотомии, основанная на щадящем отношении к кровеносным сосудам и остеогенным тканям.

В наших исследованиях широко использован рентгенологический метод исследования в первую очередь для контроля положения отломков в ходе эксперимента, объективно подтверждающий стабильность их фиксации. Успех опытов определяется комплексом факторов, но особое значение придается степени стабильности фиксации отломков и сохранению их кровоснабжения. В связи с этим усилия многих ученых были направлены на поиск способов кортикотомии, при которых сохраняются внутрикостные сосуды и наблюдается минимальное повреждение остеогенных тканей. Так, Г.А. Илиза-ровым с соавторами было разработано несколько способов выполнения переломов костей с сохранением сосудов в костно-мозговом канале, при этом кость подвергали сгибающим, скручивающим или ударным воздействиям (удары молотком по остеотому) с использованием соответствующих ограничителей [75; 121].

Нами предложен способ и устройство для кортикотомии, позволяющее исключить ударное воздействие на кость и сохранить сосуды в костномозговом канале [12]. Поставленная цель достигается устройством, в котором возможно регулируемое погружение режущих инструментов (долот) в кость в заданной плоскости и направлении при исключении ударных воздействий. Перелом получается при создании двукратных встречных режуще-колющих нагрузок на кость без проникновения инструмента в костномозговой канал.

Как известно, при определенных условиях кость ведет себя, как стекло, и важно первоначально создать по линии будущего перелома определенное напряжение (первое сдавление кости долотами), а затем переместить их на небольшую величину по окружности кости и повторить ее сдавление до наступления перелома. Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый способ и устройство позволяют выполнить поперечную или косую кор-тикотомию с минимальным повреждением кости. В этих условиях снижается опасность ранения сосудов как в мягких тканях, так и в костно-мозговом канале, так как режущие инструменты медленно и дозировано в заданном направлении погружаются в кость, при этом исключаются ударные воздействия и минимально повреждаются остеогенные ткани.

В области нарушения целостности кости отмечается прогрессирующая эндостальная реакция и создаются условия для формирования функционально активной зоны роста, при этом на этапах дистракции сохраняется непрерывность внутрикостных сосудов. Аналогичные результаты получены В.И. Шевцовым и соавторами [90] при использовании другого устройства для выполнения открытой безударной кортикотомии. Таким образом, выполненные разработки позволили показать возможности репаративного процесса в костном органе при создании комплекса оптимальных условий и продолжить серию работ по сохранению кровоснабжения в кости и оптимизации условий остеогенеза.

При обсуждении полученных результатов нам бы хотелось остановиться на некоторых деталях формирования костной ткани в процессе удлинения, утолщения кости и на особенностях структурной организации «зоны роста» дистракционного регенерата. При рассмотрении морфологических преобразований следует большое значение уделять пространственно-временным факторам. Регенерация кости в значительной мере зависит от способа ее повреждения. Выполненные исследования ранних стадий репаративного процесса после повреждения кости пилкой Джильи позволили проследить воздействие на регенерирующую ткань механических факторов (растяжение).

Как уже отмечалось, в ответ на повреждение костного органа в отломках возникает репаратнвная реакция в виде размножения клеток скелетоген-ной ткани. Полученные нами данные при изучении преддистракционного периода подтверждают, что процесс костеобразования начинается в участках, сохранивших неповрежденные камбиальные клеточные элементы, и в тех местах, где нет излившейся крови.

Формирование сращения в преддистракционный период происходит в основном за счет скелетогенной ткани. Сроки начала дистракции неоднократно обсуждались в работах отечественных и зарубежных авторов [23; 25; 49; 56; 66; 164; 228]. Выявлено, что дистракцию целесообразно начинать на высоте репаративного процесса при наличии сращения между отломками скелетогенной (остеогенной) ткани. В изученных опытах сроки начала удлинения при щадящих кортикотомиях и в метадиафизарных отделах составляли 5-7 суток; при остеотомиях диафиза - 7-10 суток, что совпадает с данными, полученными другими исследователями.

Более позднее начало дистракции возможно лишь с определенными оговорками. В частности, мы наблюдали четыре случая, когда через семь дней после резекции участка диафиза (25-30 мм) в отломках отмечались тяжелые ишемические повреждения с некрозом клеток костного мозга. В эти сроки между отломками образовались кистозные полости, имеющие тонкую капсулу и содержащие тканевую жидкость. Эти последствия ишемического повреждения к вышеуказанному сроку не компенсировались, и начинать ди-стракцию в этих условиях нецелесообразно [11].

В первой группе первой серии опытов высокую стабильность обеспечивали аппаратом Илизарова, состоящим из четырех колец, в которых были закреплены и натянуты по две спицы. Дистракция осуществлялась на седьмые сутки с темпом 0,5 мм в течение дня за четыре приема. Первые проявления механического воздействия на регенерирующую ткань отмечались на вторые сутки дистракции в виде умеренной продольной ориентации сети костно-остеоидных балочек и клеток скелетогенных тканей. Нежная сеть коллагеновых волокон воспринимала дистракционные усилия и приобретала продольную ориентацию. В присутствии капилляров клетки скелетогенной ткани дифференцировались в остеобласты и увеличивали протяженность костных балочек. Скелетогенная ткань характеризовалась положительными гистохимическими реакциями на гиалуронаты. Молодые костные структуры содержали неколлагеновые белки.

В течение первых двух недель дистракции диастаз между отломками увеличивался до 7-8 мм, отмечалась наибольшая активность костеобразования, об этом свидетельствует увеличение протяженности костных отделов регенерата и участков остеоида. В последнем накапливались сульфатирован-ные ГАГ и продолжалась активная минерализация костного матрикса. К 1421-м суткам происходила частичная перестройка внутрикостного сосудистого русла. В отломках и костных отделах регенерата устанавливались дополнительные анастомозы, и вновь формирующиеся сосуды врастали в диастаз и «зону роста».

К окончанию первого месяца удлинения в составе регенерата были хорошо сформированы проксимальный и дистальный костный отделы и соединяющая их прослойка - «зона роста». Костные отделы представлены губчатой костью с выраженной продольной ориентацией, и их рост продолжался аппозиционным путем. Эти минерализованные структуры, как известно, растягиваться не могут. В их вершинах располагались функционально активные остеобласты, что подтверждали гистоэнзиматические реакции на щелочную фосфатазу и другие ферменты. Здесь коллагеновые волокна формировались в пучки и составляли основу формирующихся костно-остеоидных балочек, это парные участки активного остеогенеза. В этих участках клетки проходили дальнейший путь дифференцировки и становились остеоцитами. Они соединялись друг с другом отростками, и взаимное перемещение остеоидной ткани в дальнейшем становилось невозможным.

Далее костные отделы регенерата, по нашему мнению, продолжались в парную зону растяжения, здесь происходило деление остеогенных клеток и формирование коллагеновых волокон. Клетки и волокна подвергались растяжению. В связи с этим частично изменялась форма клеток, сохраняя объем, они приобретали веретенообразную форму. Коллагеновые волокна на ранних этапах образования могут перемещаться в противоположных направлениях. Процесс дифференцировки структурных элементов прослойки метаболически зависим, и поэтому в составе регенерата в прослойке выделялась непарная наиболее удаленная от отломков часть, представленная соединительной тканью различной степени зрелости. Ее трофическое обеспечение значительно уступает наиболее кровоснабжаемым участкам, где активно образуется неминерализованный матрикс. Это подтверждают гистоэнзиматические реакции на ЛДГ. Данная часть прослойки не принимала активное участие в костеобразовании.

По мере увеличения срока дистракции прослеживается следующая тенденция. Через 35-42 дня дистракции активность пролиферации клеток в зоне растяжения и остеогенеза незначительно снижалась, уменьшалось количество остеоида, а в составе прослойки увеличивался слой зрелой соединительной ткани. При неблагоприятных условиях (нарушение ведения дистракции) в прослойке выявлялась хрящевая и грубая фиброзная ткань.

Таким образом, дозированное растяжение отломков при их стабильной фиксации стимулировало активное продолжительное костеобразование, сопровождавшееся перестройкой регенерата. В то же время с увеличением срока дистракции в участках «зоны роста», наиболее удаленных от костных отломков, нарастали явления коллагенизации. В период фиксации дистракционные усилия уменьшались, в вершинах костных балочек активность костеобразо-вания снижалась, а соединяющая их прослойка подвергалась инволюции.

Сопоставляя полученные результаты с многочисленными работами по изучению особенностей костеобразования при удлинении костей [64; 95; 130; 131], мы не находим принципиальных качественных отличий в ходе процесса костеобразования. В доступных нам зарубежных публикациях по данной проблеме сообщается об участках просветления в дистракционных регенератах, а на гистологических препаратах выявляют фиброзно-хрящевую ткань. Последнее свидетельствует о недостаточно стабильной фиксации отломков в ходе опытов [204; 195].

При обсуждении данного материала мы должны обратить внимание на то, как механические факторы, в первую очередь натяжение, влияют на структуру регенерирующей костной ткани.

Чрезвычайно высоко оценивая работы В.П. Штина [172-174], мы отмечаем, что при чрезнадкостничной остеотомии повреждаются внутрикостные сосуды. В этих условиях в структуре регенерата уже в ранние сроки дистракции выявлялась прослойка волокнистой ткани. По мнению автора, «возникал десмальный тип костеобразования». На этом же материале JI.H. Михайлова изучала ультраструктурные особенности зоны роста и пришла к выводу, что фибробластоподобные и фибробластические клетки активно участвуют в формировании волокнистой ткани.

Нам представляется целесообразным уточнить функцию этих клеток, первые - это остеогенные клетки (ранние предшественники остеобластов), а вторые - активно участвующие в продукции коллагеновых волокон соединительной ткани. При вышеотмеченном темпе дистракции, по-видимому, преобладают процессы коллагенизации прослойки, что отмечалось в работе В.И. Стецулы [145], «фиброзирование прослойки».

Пониманию вышеизложенного процесса помогают опыты В.И. Стецу-лы [178]. При компрессионном артродезе между опилами костей устанавливали пластинки из оргстекла со сквозными окнами. В «окна» высотой 10-12 мм врастала губчатая кость, и формировалась соединительно-тканная прослойка с выраженной продольной ориентацией клеток и волокон. Автор объясняет это тем, что в созревающей соединительной ткани наблюдаются явления ретракции. При диастазе между раневыми поверхностями в 20 мм врастающие в окна регенераты не срастались, их разделяла прослойка фиброзной ткани. Подобное зональное строение регенерата обусловлено степенью кровоснабжения его костных отделов и прослойки. В связи с вышеотмеченным сроки начала дистракции должны совпадать со временем сращения медуллярной губчатой кости по линии излома остеогенной тканью.

Как уже отмечалось В.П. Штином, в составе регенерата выделяли следующие зоны: парные - концы отломков, костные отделы регенерата и третья непарная — зона волокнистой ткани. Также еще две зоны, расположенные по обе стороны волокнистой ткани, - зоны остеогенеза. Не возражая в целом против данной структурной детализации «зоны роста», мы считаем возможным сделать определенное уточнение. По нашему мнению, в состав «зоны роста» регенерата следует включить парные апикальные участки костных отделов регенерата - зоны остеогенеза, парные участки роста - растяжения (здесь происходит размножение остеогенных клеток, формирование пучков коллагеновых волокон и их взаимное перемещение) и непарный участок волокнистой соединительной или фиброзной ткани.

При нарушении ведения дистракции (высокий темп, низкая дробность) большая часть регенерата может быть представлена фиброзной тканью. Таким образом, в участках растяжения формируется неминерализованный мат-рикс, фронт минерализации движется от отломков со стороны ранее сформированных костных структур. О высокой функциональной активности остеобластов в зоне роста свидетельствуют гистоэнзиматические реакции на щелочную фосфатазу. Эти новые данные частично совпадают с известными результатами гистохимического анализа костной ткани, образующейся в дефектах костей при регенерации по каркасу [114] или при восполнении дефектов костными опилками [139].

Анализируя опыты, в которых применяли закрытую остеоклазию (первая серия, вторая группа) и отломки стабильно фиксировали аппаратом Или-зарова с последующей дистракцией их с темпом 1,0 мм в сутки за четыре приема, мы выявили высокие возможности кости к органотипической регенерации и установили, что при удлинении конечности в условиях сохранения непрерывности костно-мозгового кровоснабжения регенераторный процесс характеризуется ранним началом формирования интермедиарной мозоли, бурным развитием эндостальной реакции и слабовыраженной периостальной.

Формирование прослойки и ее возможности во многом определялись характером повреждения внутрикостного кровоснабжения. Это убедительно подтвердила серия опытов, в ходе которых резецировали участок диафиза на различных уровнях и затем восстанавливали первоначальную длину кости. В одних опытах вместе с участком кости удаляли канальную часть питающей артерии, в других - лишь ее нисходящую ветвь.

Как показали эксперименты, более активное костеобразование было в отломке, в котором сохранились источники кровоснабжения, и начиналось оно на некотором удалении от линии опилов. Спаивание содержимого костномозгового канала скелетогенной тканью при этом запаздывало. Начало дистракции через шесть дней в ряде случаев, даже с темпом 0,5 мм в день было преждевременным. Это подтверждалось тем, что к концу первого месяца удлинения активность костеобразования заметно снижалась. В этих опытах костные отделы регенерата соединяла высокая прослойка. Она состояла из грубых пучков коллагеновых волокон. При темпе 1 мм в день в этих условиях в прослойке выявлялись трофические расстройства. В связи с ухудшением питания со стороны одного из отломков, чаще дистального, уменьшалась высота костного отдела, и прослойка была расположена ближе к отломку, в котором нарушения кровоснабжения преобладали [66].

В экспериментах, где проводилась двойная остеотомия (первая серия, третья группа) на границе верхней и средней трети и средней и нижней трети диафиза большеберцовой кости, одновременно формировались два дистрак-ционных регенерата. В случаях, когда дистракция на уровне обеих зон остеотомии производилась с одинаковым темпом (0,5 мм в день), формирование регенерата происходило идентично. Прослойка регенерата в этих опытах в достаточно полной мере проявляла свои остеогенные потенции. В участках, прилежащих к костным отделам регенерата, отмечалась усиленная пролиферация остеобластических элементов.

При двойной остеотомии, когда темп дистракции соответствовал интенсивности остеогенеза, замещение двух диастазов костной тканью происходило в сроки, вдвое укороченные по сравнению со сроками удлинения кости на такую же величину после остеотомии на одном уровне.

Несколько иная картина наблюдалась при формировании регенерата в условиях, когда темп дистракции был завышен и достигал 2 мм. В этих опытах в результате растяжения и сдавления кровеносных сосудов развивалась местная ишемия и гипоксия, на фоне которых наблюдалось угнетение остео-генной функции «зоны роста» регенерата и над процессами костеобразования доминировал фибриллогенез. Прослойка при этом была представлена грубыми пучками коллагеновых волокон, между которыми располагались высоко-дифференцированные клетей типа фиброцитов. Она было очень высокой и составляла основную массу регенерата. Результаты опытов первой серии свидетельствуют, что различия в группах носят частный характер и заключаются в изменении соотношения количества остеогенной - соединительной ткани в регенерате.

В период дистракции в развитии репаративного процесса следует выделить определенные этапы.

Первый - ранний период формирования регенерата. Занимает первые две недели дистракции, характеризуется прогрессирующей эндостальной реакцией нормопластического типа, образованием костных отделов регенерата и остеогенной прослойки - «зоны роста». Участие периоста в формировании дистракционного регенерата не выражено. Интермедиарные отделы регенерата увеличиваются за счет скелетогенной ткани.

Второй - период активного роста костных отделов регенерата. Репара-тивная реакция гиперпластического типа. Продолжается в течение последующих 4-6 недель дистракции. Проявляется в виде высокой активности репаративного костеобразования, роста костных отделов, формирования невысокой соединительно-тканой части «зоны роста» (низкая степень ее фибрози-рования). При этом отмечается активная перестройка регенерата и компакти-зация губчатой кости в интермедиарной зоне.

Третий - поздний период дистракции - регенерация по гипопластиче-скому типу, которая характеризуется снижением активности роста костных отделов регенерата и нарастанием коллагенизации соединительно-тканной части прослойки. Продолжается активная перестройка губчатой кости регенерата и формирование костно-мозговой полости. В зависимости от индивидуальных особенностей опыта этот период перестройки достаточно четко прослеживается в течение последующих двух месяцев удлинения и в более поздние сроки эксперимента. Как уже отмечалось, он характеризуется более низким, но пролонгированным течением костеобразования, увеличением высоты соединительно-тканной составляющей «зоны роста» и ее колпагениза-цией. В то же время нарастает активность течения перестроечных процессов в основании костных отделов регенерата.

В первый период воздействие дистракционных усилий не может быть значительными, так как соединяющие противолежащие костные отделы регенерата перемычки скелетогенной ткани не способны оказать сопротивление натяжению. Они богаты клетками, их межклеточное вещество содержит тонкие пучки коллагеновых волокон, имеющих выраженную продольную ориентацию. В условиях адекватного роста капилляров клетки скелетогенной ткани дифференцируются в остеобласты, располагаются в вершинах продольно-ориентированных костно-остеоидных балок и увеличивают длину последних. Процесс остеогенеза адекватен темпу дистракции, и «зона роста» в своей основе представлена клетками остеобластического ряда. Клетки и коллагеновые волокна в межклеточном веществе в результате натяжения имели вытянутую веретенообразную форму. Перемычки соединительной ткани даже к концу второй недели дистракции были невысокими, и их коллагеновые волокна еще не имели прочных связей и были способны перемещаться относительно друг друга.

Во второй период по мере увеличения сроков дистракции (21-35-42) возрастает протяженность костных отделов регенерата и высокая активность остеогенеза со стороны «зоны роста», в ее составе дифференцируется соеди-нителыю-тканная часть. Явления коллагенизации сопровождаются снижением количества клеток в средней части прослойки. К окончанию первого месяца удлинения костные отделы регенерата соединяла невысокая прослойка. Со стороны последней по-прежнему осуществлялось новообразование большого количества продольно расположенных балок. В то же время средний наиболее удаленный от концов отломков участок прослойки был представлен соединительной тканью. Гистохимически в этой части прослойки отмечалась более интенсивная ШИК-позитивная реакция.

Далее в проксимальном и дисталыюм направлении можно выделить симметричные участки растяжения, где отмечалась высокая метаболическая и митотическая активность клеток, а также формирование и рост коллагеновых волокон. Последние продолжались в остеоидные участки костных трабе-кул, здесь остеобласты наращивали содержание аморфного вещества, волокна маскировались, и промежуточное вещество балок приобретало гомогенный характер. Мы присоединяемся к мнению В.П. Штина о том, что это парные зоны остеогенеза, исходя из положения о том, что зрелые коллагеновые волокна и костно-остеоидные балочки не способны к растяжению, дистрак-ционные усилия в результате дозированного механического перемещения отломков приходятся на два симметричных участка прослойки - зону растяжения (роста).

В течение первого месяца дистракции активно идет перестройка губчатой кости. В составе костных отделов выделяется формирующаяся кортикальная пластинка, сросшаяся с концами отломков. В центральной части костных отделов сеть балок становится разреженной.

Снижение активности роста костных отделов регенерата морфологически проявляется уменьшением числа пролиферирующих клеток прослойки и протяженности неминерализованной части трабекул. Увеличивается высота соединительно-тканной части «зоны роста». Эти изменения достаточно четко прослеживаются при удлинении кости на большую величину с постоянным темпом [80]. При удлинении кости с темпом 1,0 мм в день за четыре приема до 5 см уже после удлинения на 2 см отмечается снижение активности костеобразования. К окончанию периода дистракции соединительно-тканная часть прослойки была высокой и состояла из плотных пучков коллагеновых волокон. В период фиксации такая фиброзная прослойка медленно замещалась костной тканью.

Рассматривая костеобразование в регенерате в оптимальных условиях (первая серия, первая группа), мы отмечаем, что «зона роста» до конца периода дистракции сохраняла остеогенные свойства и лишь спустя две недели фиксации активность остеогенеза снижалась. К этому сроку уменьшалось число образующихся балок, и новые структуры не имели четкой продольной ориентации. Соединительно-тканная часть прослойки в более поздние сроки эксперимента замещалась губчатой костью.

Наши взгляды на структуру и функцию «зоны роста» сформировались на основе изучения костеобразования при выполнении всех условий, предусмотренных методом Илизарова. В опытах, в которых после кортикотомии сохранялись внутрикостные сосуды, костеобразование в период дистракции протекало более активно по гиперпластическому типу [12; 77; 122; 158]. В этих экспериментах через 5-6 суток после операции в отломках выявлялась прогрессирующая эндостальная реакция. На основе островков скелетогенной ткани формировалась мелкоячеистая сеть костно-остеоидных балочек. Периостальная реакция в этих опытах несколько отставала. Дистракция с темпом 1 мм в сутки оказывала стимулирующее влияние на костеобразование. Дозированное разведение отломков, особенно в ранние сроки дистракции, было адекватным приросту остеогенной ткани, именно ткани, клетки которой дифференцировались в остеобласты и равномерно на большой площади регенерата формировали костные трабекулы. Образование соединительной ткани, не способной дедифференцироваться в костную, запаздывало, и прослойка в ранние сроки замещалась губчатой костью к 30-му дню фиксации.

Стратегия ведения периода дистракции в условиях сохранения внутри-костного кровоснабжения заключается в том, что в этих условиях дистрак-цию нужно вести на высоте репаративного процесса, начинать рано и с достаточно высоким темпом (1 мм в сутки). Если оказывается, что в системе аппарат - кость недостаточно жесткие взаимодействия, перемещение кольцевых опор опережает перемещение отломков и темп дистракции отстает, то возможно сращение отломков в ранние сроки. Подобное у нас происходило в серии экспериментов при поперечной дистракции, когда, несмотря на большую протяженность повреждения кортикальной пластинки диафиза, при сохранении бассейна питающей артерии на фоне дистракции происходило костное сращение.

Выполненные биохимические исследования регенерата на этапах удлинения болыпеберцовой кости собак [43] показали, что содержание коллагена в опытных образцах несколько выше при сравнении с диафизарной костью. В то же время авторы отмечали увеличение содержания неколлагеновых белков в 1,5 раза. Биохимические данные о повышении количества гликозаминогликанов, входящих в состав протегликанов, в период дистракции корре-лируются с результатами гистохимических исследований. Отмечено, что их максимальный уровень в регенерате ниже, чем при заживлении переломов в условиях нестабильной фиксации.

Как показали наши исследования, высокое содержание гликозаминогликанов характерно для хондроидной ткани. При стабильном остеосинтезе условия минерализации органического матрикса благоприятные, и при этом не образуется избыточное количество гликозаминогликанов. В задачи наших исследований не входит изучение сложных процессов минерализации межклеточного вещества, но наши данные (в том числе гистохимические реакции на кальций) свидетельствуют о том, что новообразованный матрикс костно-остеоидных балочек минерализуется уже через два дня. Гистохимические реакции подтвердили, что фронт минерализации распространяется со стороны предшествующих костных структур. Мы также уверенно утверждаем, что костная ткань в регенерате образуется на поверхности или в связи с ранее сформированными костными структурами и не образуется в виде островков в составе прослойки.

Щелочная фосфатаза - фермент, характеризующий интенсивность остеогенеза. Она выявляется в остеобластах, молодых остеоцитах. В то же время общеизвестные трудности определения ферментативных реакций гистохимическими методами в минерализованных тканях не позволяют рекомендовать эти методики при рутинных исследованиях. Для работы мы использовали образцы замороженной недекальцинированной ткани. Наши исследования показали, что в образующемся регенерате при дозированном разведении отломков в клетках остеобластического ряда значительно возрастает активность этого фермента. Высокая положительная реакция на щелочную фосфатазу была выявлена при биохимических исследованиях.

При нарушении условий эксперимента, большом темпе дистракции, грубых ишемических расстройствах обнаруживается снижение активности реакций на щелочную фосфатазу и в первую очередь в фибробластоподоб-ных клетках «зоны роста».

С использованием биохимических методов в костной ткани обнаружено снижение ключевых ферментов биологического окисления глюкозы. Биохимическими методами можно идентифицировать пять изоферменитов ЛДГ. Полипептид Н преобладает в тканях, имеющих главным образом аэробный метаболизм, тогда как полипептид М характерен для тканей с анаэробным обменом. К сожалению, гистохимическими методами не представляется возможным выделить эти полипептиды.

Тем не менее сравнительный анализ этих реакций позволяет глубже понять функциональное значение структурных элементов «зоны роста». Биохимические исследования свидетельствуют, что в процессе дистракции активность ЛДГ в регенерате выше, чем в здоровой кости. Важно подчеркнуть, что на этапах дистракции в регенерате отмечается прирост анаэробных изо-ферментов ЛДГ}5 при одновременном уменьшении анаэробных ЛДП2. В период фиксации изоферментный спектр регенерата приближается к показателям в кости здоровых животных. Увеличение активности ЛДГ45 в регенерате следует рассматривать как адаптацию к анаэробным условиям.

Полученные нами результаты гистохимических реакций на ЛДГ совпадают с изменениями-молекулярного состава ЛДГ в дистракционном регенерате. По мере увеличения срока дистракции нарастает степень коллагенеза-ции «зоны роста» в ее средней наиболее удаленной от костных отломков части. Здесь в прослойке увеличивается концентрация молочной кислоты и преобладают зрелые клетки фибробластического ряда, в последних выявляется высокое содержание гранул формазана, характеризующих общую активность ЛДГ. Таким образом, полученные данные подтверждают разрабатываемую нами концепцию морфофункционалыюго строения «зоны роста» и позволяют объяснить причину замедленной оссификации прослойки в период фиксации.

Анализируя собственный материал и литературные источники по данной проблеме, мы отметили, что все эксперименты были выполнены на ранее не оперированных животных, контрлатеральные кости которых были одинаковыми, не порозными. В то же время в клинической практике удлиняли измененные менее функционально нагружаемые кости с признаками остео-пороза. Желая восполнить этот пробел, мы провели опыты по удлинению ранее укороченной кости (вторая серия).

На первом этапе у растущих животных кость укорачивали путем резекции участка диафиза и сращивали ее с использованием аппарата Илизарова, затем аппарат снимали, и через 3,5-4 месяца приступали ко второму этапу эксперимента. По общепринятой методике на укороченную конечность накладывали аппарат Илизарова и производили чрезнадкостничную остеотомию, через семь суток начинали дозированную дистракцию до восстановления первоначальной длины кости. Продолжительность дистракции: 21-55 дней, темп: 0,5 мм в сутки. Общий срок наблюдения: 160-264 дней.

Опыты подтвердили наше предположение, что удлинение ранее оперированной кости происходит так же, как и в вышеприведенных экспериментах, и укладывается в сроки, полученные в первой серии. В то же время у этих животных следует уделять больше внимания стабильности фиксации отломков в связи с умеренным остеопорозом укороченной кости. В частности, в проксимальном отломке вблизи коленного сустава целесообразно проводить три спицы Киршнера. Полученные нами результаты согласуются с клиническими наблюдениями.

Таким образом, представленный материал свидетельствует о том, что при проведении экспериментов по методу Илизарова отмечается однотипность течения репаративной реакции. Сравнительная оценка активности течения процесса костеобразования во многом определяется степенью повреждения кровоснабжения, тяжестью ишемическнх расстройств в медуллярных отделах кости.

Для изучения особенностей репаративной реакции и закономерностей формирования дистракционного регенерата при повреждении диафиза на значительном протяжении (большая площадь раневой поверхности) при получении отщепа использовали модель эксперимента по утолщению кости (четвертая серия, первая и вторая группы). Изучены особенности костеобразования в трубчатой кости после получения продольного отщепа диафиза, равного половине поперечного сечения кости, в различных условиях опыта, а именно, при стабильной фиксации его на месте. В четвертой серии выполнено 15 опытов на собаках. Основное различие между группами заключалась в степени повреждения или сохранения медуллярного кровоснабжения.

Как уже отмечалось, первые эксперименты по изменению формы кости, ее утолщению были сделаны в 1969 г. (неопубликованные данные В.И. Ле-дяева). К 1976 году было прооперировано более 20 собак и подготовлен научный отчет [9]. Авторы показали возможность утолщения большеберцовой кости путем дистракции в поперечном направлении отщепленного фрагмента диафиза. Вновь образованная губчатая кость заполняла диастаз между отщепом и материнской костью в ранние сроки, и измененная форма органа сохранялась.

Оригинальные эксперименты были продолжены [123]. Установлено, что при сохранении сети сосудов питающей артерии можно увеличить поперечное сечение кости в 2,5 раза и получить сращение между отщепом и диафизом в течение 2-3 недель [62; 124]. В этих работах внимание исследователей концентрировалось на выявлении возможности сохранения внутрикост-ных сосудов во время операции, получении утолщения и сроках органотипи-ческой перестройки регенерата.

Нами проведена сравнительная оценка особенностей течения репара-тивной реакции в диафизарных отделах болынеберцовых костей после получения их отщепа и его стабильной фиксации при сохранении и повреждении питающей артерии. Топографические и временные различия в сроках сращения между двумя группами опытов оказались достаточно значительными. Так, при повреждении питающей артерии к 14-м суткам костного сращения между раневыми поверхностями не было, эндостальные костные наслоения соединяли перемычки остеогенной и местами соединительной ткани. Частичное костное сращение выявлялось к 21-му дню опыта.

В тех наблюдениях, где питающая артерия не повреждалась, местные нарушения микроциркуляции успешно компенсировались, преобладала прогрессирующая эндостальная реакция на протяжении диафиза, и костное сращение формировалось к 10-14-м суткам; к 21-му дню наблюдались достоверные признаки перестройки регенерата.

Изучение полученных данных показало, что новообразование костной ткани в этих условиях происходит однотипно, и были выявлены лишь топографические и временные различия, связанные со способностью регенерирующей ткани компенсировать ишемические повреждения. Жесткая фиксация поврежденной кости, несомненно, создавала оптимальные условия восстановления циркуляторно-метаболических расстройств.

Дистракция в поперечном направлении отщепа диафиза с различными темпами представляла для исследователей не только теоретический, но и значительный практический интерес. Мы на данной экспериментальной модели в пятой и шестой сериях изучали реакцию кости как органа на различную степень повреждения кровоснабжения.

Так, при выполнении трансмедуллярной продольной остеотомии диафиза в отдельных наблюдениях большая часть остеоцитов в кортикальной пластинке погибала, и дистракции подвергался фрагмент кости, лишенный остеоцитов. В этих условиях в костно-мозговой полости эндостальная реакция была ограниченной, стимулирующее влияние дистракции было минимальным, и отщеп с костью срастался в поздние сроки. Через два месяца их соединяла фиброзная ткань.

Следует обратить внимание на то, 1гго аваскулярная кортикальная пластинка подвергалась выраженной остеокластической резорбции. Сращение в этих редких наблюдениях происходило в более поздние сроки в метадиафи-зарных отделах, большая часть диастаза между отщепом и диафизом оставалась заполненной фиброзной тканыо. Здесь мы проводим определенную аналогию с тяжелыми переломами большеберцовой кости, когда между отломками образуется достаточно большой фрагмент, утративший связь с диафизом и медуллярными сосудами. В этом фрагменте остеоциты погибают, и сращение таких переломов происходит в поздние сроки, иногда может сформироваться ложный сустав. В этих случаях особенно актуальна рекомендация о необходимости полной репозиции и жесткой фиксации отломков [155].

Как же развивается репаративиая регенерация при диаметрально противоположной ситуации - в опытах, когда фрагмент диафиза получали атрав-матичным путем, сохраняя бассейн питающей артерии? В пятой серии мы приводим результаты наблюдения, когда после щадящей кортикотомии фрагмент диафиза перемещался в поперечном направлении с темпом 1,0-1,8 мм в сутки. В этих условиях через трое суток на фоне умеренных деструктивных изменений и нарушений кровоснабжения в костно-мозговом канале выявлялись островки пролиферирующей скелетогенной ткани и единичные костно-остеоидные балочки. Эндостальная реакция быстро прогрессировала. В этих опытах дистракция начиналась на четвертые сутки. При темпе дистракции 1,0 мм в сутки через неделю после дозированного перемещения отщепа (в опыте 10 дней) между ним и днафизом формировалось сращение. Мелкоячеистая губчатая кость заполняла диастаз и костно-мозговое пространство. При большем темпе (1,8 мм в сутки) сращение между отщепом и диафизом происходило позднее - к 14-му дню дистракции, и в составе регенерата сохранялись перемычки остеогенной ткани. Костные балки и сопровождающие сосуды имели выраженную поперечную ориентацию.

В шестой серии при повреждении сосудов и клеточных элементов ко-стно-мозгового канала во время операции через 10 дней мелкоячеистая сеть губчатой кости выявлялась лишь в субкортикальных участках костномозгового канала, большую его часть занимала скелетогенная ткань, излившаяся кровь. В кортикальной пластинке перемещаемого фрагмента остеоци-ты погибали.

В последующие дни участки кровоизлияния подвергались организации. Расстройства кровоснабжения частично компенсировались к окончанию первого месяца, но к этому сроку центральные участки регенерата уже занимала фиброзная ткань. Сращение отщепа с материнской костью происходило в области поперечных надпилов, и оперированная кость на рентгенограмме имела своеобразный вид, что позволило авторам использовать необычный термин - «сращение по типу чемоданной ручки» [73].

В то же время эксперименты пятой серии показали, что в условиях сохранения непрерывности костно-мозгового кровообращения регенераторный процесс характеризуется ранним началом, быстрым развитием эндостальной реакции с минимальным образованием соединительной ткани в зоне повреждения. Костная ткань нуждается в хорошей васкуляризации, и ее клетки находятся близко от кровеносных капилляров. Это лимитирует прирост костного вещества. Костный матрикс быстро минерализуется, и костные балки могут расти только аппозиционным путем и не способны растягиваться. Новые слои остеоида наслаиваются на поверхности костных трабекул, образующаяся губчатая кость регенерата под влиянием растяжения имеет тубулезное строение - трубки со сплошными и окончатыми стенками. Это хорошо видно на мацерированных препаратах.

При нарушении условий дистракции (темпа, ритма, стабильности фиксации) наблюдаются различные отклонения в регенераторном процессе: рано происходит фиброзирование прослойки, появляются островки хондроидной ткани, которые могут расти интерстициальным путем. При грубых нарушениях ведения эксперимента формирование регенерата осуществляется по ги-попластическому типу.

Резюме

Выполненные гистологические и гистохимические исследования подтвердили выявленную Г.А. Илизаровым закономерность того, что дозированное растяжение, стабилизированное в заданном направлении, активизирует и поддерживает репаративную реакцию костной ткани на высоком уровне. Рост костных отделов дистракционного регенерата происходит со стороны прослойки, являющейся сложно организованной «зоной роста». При этом установлены основные этапы становления этой зоны и закономерности ее перестройки в зависимости от продолжительности периода дистракции и условий эксперимента.

Предшествующая удлинению остеотомия вызывает в отломках репара-тивную реакцию в виде пролиферации клеточных элементов периоста, эндо-ста и костного мозга. Распространенность и характер репаративного процесса, его топографические особенности зависят от травматичности оперативного вмешательства, степени нарушения кровоснабжения в отломках и степени стабильности фиксации последних. С началом дистракции клеточные элементы и нежные коллагеновые волокна в межотломковой зоне подвергаются растяжению и частично смещаются в диастаз. Продолжающиеся процессы пролиферации и дифференцировки обеспечивают рост кости в диастазе.

К концу первой недели дистракции просвет костно-мозговых каналов отломков заполняется губчатой костью, а в диастазе между костными отделами определяется прослойка нежно-волокнистой соединительной ткани, богатая кровеносными капиллярами и малодифференцированными клеточными элементами. На ранних этапах дистракции прослойка однородна по своей структуре, и среди ее клеточных элементов преобладают малодифференци-рованные клетки.

Щадящая кортикототомия (остеоклазия) сопровождается минимальными кровоизлияниями. Образующаяся при этом остеогенная «зона роста» обеспечивает высокую активность остеогенеза. Наиболее высокими остео-генными потенциями обладает «зона роста» в течение двух месяцев дистракции. В последующем функциональная активность ее клеточных элементов несколько снижается, и процессы пролиферации и дифференцировки активно протекают вблизи вершин костных отделов регенерата.

В составе «зоны роста» выявляется средний наиболее удаленный от костных отделов слой, представленный соединительной тканью различной степени зрелости. Он является связующим элементом регенерата. В проксимальном и днстальном направлении находятся слои, состоящие из малодиф-ференцированных и остеогенных клеток, за счет деятельности которых формируются костно-остеоидные трабекулы, имеющие продольную ориентацию. Дифференцирующиеся в «зоне роста» остеобласты характеризуются высоkiim уровнем продукции белково-углеводных комплексов. Уровень биоэнергетических процессов в клетках прослойки высокий, что подтверждают реакции на сукцинатдегидрогеназу, лактатдегидрогеназу и щелочную фосфатазу. Избранные биохимические методики объективно отражают характер активизации метаболических процессов, а полученные данные согласуются с результатами проведенных гистохимических исследований.

В случае нарушения жесткости фиксации в составе формирующихся костно-остеоидных балочек оказываются замурованными микроскопические островки хрящевой ткани. Они характеризуются высоким содержанием кислых гликозаминогликанов.

Удлинение предварительно укороченной большеберцовой кости показало, что процесс костеобразования в диастазе осуществляется с теми же закономерностями, что и при подобных экспериментах при удлинении здоровых конечностей. Данная модель эксперимента может быть рекомендована для внедрения, так как удлиняется укороченная измененная кость. Это приближает эксперимент к клиническим условиям.

Проведенные исследования позволяют считать близкими к оптимальным следующие темпы дистракции: при остеотомии диафиза пилкой Джильи с сохранением одной из ветвей питающей артерии - темп: 0,5 мм в сутки; при закрытой щадящей остеотомии - 1 мм в сутки; в опытах с резекцией участка диафиза - 0,5 мм. Во всех случаях ритм был четырехкратным. В клинической практике выбор темпа и ритма дистракции должен основываться на теоретических знаниях и учитывать индивидуальные особенности каждого больного.

Таким образом, «зона роста» является важным структурным элементом дистракционного регенерата. Ее формирование, функцию и метаболизм определяют вид остеотомии, стабильность фиксации костных отломков, степень повреждения внутрикостного кровоснабжения, сохранение остеогенных элементов, темп и ритм дозированного растяжения.