Минеральный обмен и фосфатазная активность сыворотки крови в процессе репаративной регенерации костной ткани при замещении дефектов берцовых костей в эксперименте (часть 2)

Данное исследование является продолжением представленного ранее сообщения, в котором были продемонстрированы результаты изменения показателей минерального обмена сыворот- ки крови собак при замещении дефектов берцовых костей. Во второй части представлена динамика фосфатазной активности сыворотки крови в тех же экспериментальных условиях.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Выполнено четыре серии опытов на 54 взрослых беспородных собаках. Экспериментальной моделью были выбраны дефекты дистальных (I, II серия опытов) и проксимальных (III, IV серия опытов) метадиафизов берцовых костей, составлявшие 20,9 0,3 % от исходной длины большеберцовой кости. В I и II серии опытов кортикотомии проксимального отломка выполняли на уровне нижнего края бугристости большеберцовой кости и в его диафизарной части на 1,0-1,5 см дистальнее входа в костномозговую полость питательной артерии (a. nutricia). В III и IV серии опытов кортикотомии выполняли в метадиафизе и диафизе дистального отломка. Таким образом, удлинение проксимального отломка осуществляли в условиях сохраненного внутрикостного кровообращения, дистального – при нарушенном магистральном кровотоке в удлиняемом отломке. Перемещение сформированных фрагментов в межотломковом диастазе выполняли с суточным темпом 1 мм за 4 приема. В I и III серии опытов дополнительные кор-тикотомии выполняли на этапе остеосинтеза, т.е. пострезекционные дефекты берцовых костей замещали последовательным удлинением отломков большеберцовой кости. Во II и IV серии опытов – одновременным двухуровневым удлинением одного из отломков большеберцовой кости.

Объектом исследования явилась сыворотка крови собак. Исследование сыворотки крови проводили до операции, перед дистракцией, на этапах дистракции, фиксации и после снятия аппарата. Активность ферментов определяли на автоматическом биохимическом анализаторе Stat Fax 1904 Plus (США), используя наборы реактивов фирмы «Vital Diagnostic» (Россия).

Для исследований особенностей скелетного гомеостаза, соотношения объемов остеогенеза и резорбции, оценки продолжительности фаз репаративного костеобразования дополнительно нами рассчитывался системный индекс – фос-фатазный индекс (ИФ), равный отношению щелочной и костного изоэнзима тартратрезистент-ной кислой фосфатаз ИФ=ЩФ/КФ.

Для нахождения достоверности различий с нормой использовали непараметрические критерии: рандомизации (для малых выборок, n<12) и Вилкоксона для независимых выборок (выборки умеренной численности, n 12). Достоверность межгрупповых различий определяли с помощью непараметрического критерия Крускала-Уоллиса. Множественное сравнение проводили с применением критерия Данна.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Динамика активности ЩФ представлена в таблице 1. Согласно полученным данным видно, что во всех сериях опытов наблюдали значительное увеличение активности энзима перед дистракцией и к седьмым суткам дистракции. К концу этапа активность ЩФ снижалась также одновременно во всех опытах. К концу дистракции отмечали статистически значимые межгрупповые отличия (p<0,025): активность фермента в I и II сериях была выше, чем в III и IV сериях опытов. Наибольшие отличия зафиксированы между I и III сериями (p<0,05). В периоде фиксации активность фермента в I и II серии продолжала снижаться, а в I серии ко второму месяцу она уже не отличалась от дооперацион-ного уровня. В III серии уровень ЩФ значительно возрастал в начале фиксации и снижался к концу этапа. В IV серии рост ЩФ наблюдался к концу фиксации, при этом с помощью статистического анализа удалось выявить на этом сроке значимые межгрупповые отличия, которые состояли в отличиях между значениями IV и I-II серий опытов. В I и II сериях значения активности ЩФ оставались повышенными после снятия аппарата.

Таблица 1

Динамика ферментативной активности ЩФ сыворотки крови собак экспериментальных серий на этапах исследования

Этапы исследования	Серии опытов
	I серия	II серия	III серия	IV серия
До операции	63,1 (56,0-93,4), 26
Начало дистракции	136,8 (126,0-162,0), 13 р=0,0001	133,5 (127,0-147,0), 10 р=0,0001	74,8 (72,8-160,4), 3	192,0 (113,6-220,8), 7 р=0,0004
7-е сутки дистракции	162,6 (120,0-186,0), 11, р=0,0004	130,2 (121,8-165,0), 7 р=0,0002	155,4 (106,7-162,0), 5 р=0,004	215,4 (136,9-245,7), 6 р=0,0003
14-е сутки дистракции	136,2 (126,6-154,8), 11 р=0,0006	117,6 (115,8-148,8), 3 р=0,02	134,0 (120,8-145,5), 6 р=0,0006	124,9 (98,4-114,0), 3 р=0,021
Конец дистракции*	134,1 (127,3-197,2), 12, р=0,0001	126,6 (112,6-133,0), 8 р=0,0007	103,1 (75,5-121,2), 5	102,0 (67,5-114,0), 5
14-е сутки фиксации	123,0 (99,7-136,5), 4	122,7 (119,4-126,0), 6 р=0,0006	246,0 (219,0-272,9), 2 р=0,01	110,1 (97,0-123,1), 2 р=0,05
30-е сутки фиксации	132,0 (74,7-156,0), 7 р=0,01	123,6 (118,5-153,0), 6 р=0,0006	181,2 (132,3-207,6), 3 р=0,01	116,4 (87,6-121,7), 3
60-е стуки фиксации	112,2 (108,9-115,5), 2	119,7 (109,6-123,0), 6 р=0,002	130,7 (130,0-146,3), 3 р=0,003	223,2 (199,8-234,6), 3 р=0,003
1 месяц без аппарата	58,8 (53,4-87,6), 3	81,0 (75,6-86,4), 2	240,0 (199,5-249,7), 3 р=0,003	-
2 месяц без аппарата	124,5 (123,7-125,2), 2 р=0,02	116,4 (116,4-141,0), 3 р=0,01	106,4 (94,0-109,5),6 р=0,03	-
4 месяц без аппарата	114,0 (109,5-122,1), 3 р=0,02	120,6 (106,5-122,5), 4 р=0,02	52,4 (51,3-53,4), 2	65,3 (52,6-128,6), 3

Примечание: Здесь и далее данные представлены в виде медианы (25-й и 75-й процентили), объем выборки. Подчеркнуты значения, достоверно отличающиеся от дооперационного уровня с указанным уровнем значимости. * – достоверные межгрупповые отличия на указанном сроке при р<0,05.

Полученные данные позволяют сделать вывод об изменениях остеобластической активности в экспериментальных сериях, то есть косвенно оценить процесс формирования органического матрикса при возмещении костных дефектов. Общим признаком для всех групп было значительное увеличение ЩФ в послеоперационный период и на первой неделе дистракции, что может являться следствием активной пролиферации остеобластов в этот период. Наиболее схожей была динамика активности ЩФ для I и II серий, III и IV, а различия максимальны для I и III, II и IV. Так, в I и II сериях опытов мы наблюдали один пик повышения активности фермента на начале дистракции, а в III и IV – два, в начале дистракции и на этапе фиксации. Это свидетельствует о том, что во втором случае остео-бластический пул пополнялся дважды. В I и II сериях формировались условия для постоянного поддержания уровня пролиферативной активности остеобластов, тогда как для животных III и IV серий созданный на начале дистракции пул остеобластов постепенно расходовался и не пополнялся. На этапе фиксации снова создавались условия для их пролиферации, в результате чего отмечали второе повышение уровня ЩФ.

Активность ТрКФ в течение дистракции воз- растала постепенно во всех группах. Статистически значимых межгрупповых отличий не обнаруживалось (табл. 2). На фиксации во всех группах происходил подъем активности энзима в сыворотке, при этом для III и IV серий она достигала максимально высоких значений в ходе всего эксперимента. После снятия аппарата уровень ТрКФ оставался повышенным во всех группах. Для животных всех 4 серий опытов была выявлена интересная особенность: у тех животных, для которых активность ТрКФ возрастала сразу в начале дистракции, в дальнейшем постепенно снижалась и возрастала еще раз на фиксации, а у тех собак, у которых рост ТрКФ происходил к концу дистракции, второго пика активности не наблюдалось.

Сравнительный анализ динамики изменения активности обоих фосфатаз (ЩФ и КФ) показал, что, с одной стороны, отмечалось четкое чередование процессов остеогенеза и остеолиза, с другой – одновременное развитие этих процессов. Поэтому для более точного описания механизмов развития процесса репаративного остеогенеза в условиях проведенного эксперимента мы рассчитывали соотношение ЩФ к ТрКФ, так называемый индекс фосфатаз (ИФ), динамика которого представлена в таблице 3.

Таблица 2

Динамика ферментативной активности ТрКФ сыворотки крови собак экспериментальных серий на этапах исследования

Этапы исследования	Серии опытов
	I серия	II серия	III серия	IV серия
До операции	2,9 (2,4-3,3), 22
Начало дистракции	4,7 (4,0-5,2),11 р=0,006	4,0 (3,0-4,4), 10 р=0,05	4,6 (4,2-5,2), 4 р=0,02	4,4 (4,2-5,3), 7 р=0,004
7-е сутки дистракции	4,0 (3,2-4,3), 8 р=0,03	4,7 (4,1-5,0), 7 р=0,02	4,2 (4,0-4,2), 5 р=0,03	4,9 (4,3-5,6), 6 р=0,003
14-е сутки дистракции	4,4 (4,2-4,7), 8 р=0,002	6,7 (6,3-6,7),3 р=0,004	5,8 (4,3-7,6), 6 р=0,002	5,9 (5,1-7,1), 4 р=0,004
Конец дистракции	6,2 (4,2-6,7), 12 р=0,0004	3,8 (3,1-4,0), 8	5,3 (5,3-9,3), 5 р=0,005	7,4 (5,3-9,3), 6 р=0,01
14-е сутки фиксации	5,3 (5,3-6,0), 3 р=0,007	6,9 (6,2-7,1), 6 р=0,0002	8,1 (7,5-8,7),2 р=0,01	7,8 (7,7-7,9), 2 р=0,01
30-е сутки фиксации	6,0 (4,8-7,3), 6 р=0,001	6,7 (5,1-7,1), 6 р=0,0007	8,4 (7,2-8,7), 3 р=0,004	4,2 (3,5-5,4),3
60-е сутки фиксации	4,8 (4,7-4,8), 2 р=0,04	6,0 (6,0-6,7), 6 р=0,0003	8,7 (6,1-14,0), 3 р=0,009	6,4 (5,7-7,9), 3 р=0,007
1месяц без аппарата	6,1 (5,7-6,5), 2 р=0,02	4,9 (4,1-5,7), 2	5,5 (4,8-6,2), 3 р=0,01	-
2 месяц без аппарата	6,7 (6,3-7,0), 2 р=0,01	7,1 (7,0-7,9), 3 р=0,003	4,0 (3,5-4,1), 6 р=0,03	-
4 месяц без аппарата	6,9 (6,8-6,9), 3 р=0,003	6,8 (6,3-7,6), 4 р=0,001	6,0 (5,9-6,2), 2 р=0,02	4,9 (3,7-6,9), 3

Примечание: см. табл. 1

Таблица 3

Динамика ИФ сыворотки крови собак экспериментальных серий на этапах исследования

Этапы исследования	Серии опытов
	I серия	II серия	III серия	IV серия
До операции	23,4 (16,6-31,5), 21
Начало дистракции	33,3 (25,8-37,5), 11 р=0,007	35,7 (31,3-44,1), 10 р=0,002	15,4 (14,3-40,2), 4	31,7 (23,5-49,4), 7 р=0,04
7-е сутки дистракции	36,6 (30,7-45,2), 8 р=0,004	28,3 (26,5-32,5), 7	35,6 (24,3-38,3), 5	48,2 (25,2-52,6), 6 р=0,02
14-е сутки дистракции	30,5 (27,2-33,5), 8	17,6 (17,4-23,8), 3	20,6 (19,4-27,6), 6	29,0 (20,1-29,8), 3
Конец дистракции	27,1 (21,1-30,9), 12	33,9 (24,2-35,4), 8 р=0,04	13,5 (10,9-14,2), 5, р=0,05	12,7 (11,7-31,9), 5
14-е сутки фиксации	23,6 (20,8-27,5), 3	19,2 (16,8-22,9), 6	32,0 (26,3-37,8), 2	14,3 (12,4-16,1), 2
30-е сутки фиксации	19,1 (14,7-25,2), 6	22,5 (17,7-25,8), 6	21,4 (17,8-23,9), 3	30,3 (19,5-35,3), 3
60-е сутки фиксации	23,5 (22,6-24,5), 2	19,3 (17,5-20,2), 6	18,7 (12,7-27,5), 3	34,6 (30,5-35,3), 3
1 месяц без аппарата	14,0 (12,5-15,4), 2	19,2 (15,0-23,4), 2	34,8 (31,9-49,8), 3 р=0,03	-
2 месяц без аппарата	18,9 (17,8-19,9), 2	16,9 (16,6-18,0), 3	27,5 (19,8-30,3), 6	-
4 месяц без аппарата	16,6 (15,9-18,0), 3	15,4 (11,8-19,6), 4	8,7 (8,7-8,8), 2 р=0,01	16,0 (14,6-18,8), 3

Примечание: Обозначения как в табл. 1

Рост индекса фосфатаз отмечался в первые две недели эксперимента, на начале дистракции и через неделю дистракции, за счет значительного увеличения ЩФ. Высокие значения индекса на дистракции сохранялись для I и II серий, тогда как в III и IV сериях происходила тенденция к снижению этого показателя. Особенно четко это различие наблюдалось к концу дистракции. Такое снижение ИФ было связано с резким подъемом в этот период активности ТрКФ в сыворотке крови животных III и IV серий. На фиксации соотношение фосфатаз во всех группах от нормы отличалось незначительно. После снятия аппарата ИФ во всех группах относительно дооперационного уровня был снижен.

В целом, изучение активности ферментов позволило выявить особенности участия клеточных элементов костной ткани при репаративной регенерации ткани в условиях проведенного эксперимента. Для всех групп отмечали одновременное повышение активности как ос-теобластического элемента, так и остеокласти-ческого, с преобладанием на отдельных этапах одного из этих двух звеньев. Так, на этапе дистракции, особенно в первые две недели эксперимента, значительно увеличивалась остеобласти-ческая активность, что связано с участием этих клеточных элементов в формировании органического матрикса костной ткани. При этом, однако, процесс минерализации наступал не сразу.

Формирование костного минерала, судя по показателям минерального обмена, наступало лишь к концу дистракции, когда из сыворотки крови происходила резкая элиминация кальция. На фиксации начинался процесс ремоделирования сформированной костной ткани, причем процесс этот нарастал через месяц фиксации, когда, по-видимому, масса межклеточного вещества новой костной ткани в дефекте заметно увеличивалась. По данным минерального обмена, этот процесс сопровождался извлечением из кровотока фосфата сыворотки. Особенностью данного эксперимента являлось еще и то, что процессы минерализации и деминерализации продолжались длительное время после снятия аппарата. Представленные в исследовании данные указывают еще на одно обстоятельство – интенсивность костеобразования на этапах дистракции и фиксации во всех сериях зависела от интенсивности пролиферации остеобластов в послеоперационный период до начала дистракции. Поэтому создание оптимальных условий для увеличения пула остеобластов в эти сроки может существенно повлиять на исход репаративных процессов в костной ткани.

Сравнение динамики репаративного костеобразования в проведенном исследовании позволило отметить некоторые различия между экспериментальными сериями. Наибольшие различия, как это представлено выше, наблюдали между I-

II и III-IV сериями эксперимента. Особенностью репаративного процесса для III и IV серий являлась двухфазность процесса с двумя пиками костеобразования в начале дистракции и к месяцу фиксации, при этом наиболее явно этот процесс наблюдался у животных III серии. Для первых двух групп была характерна более четкая и по- следовательная смена фаз роста остеобластиче-ской активности, минерализации и ремоделирования новообразованной ткани, что говорит о естественном протекании процесса репарации в данных условиях эксперимента.

Результаты представленного исследования позволили сделать следующие выводы.

ВЫВОДЫ

• 1.    Процесс репаративной регенерации костной ткани в условиях замещения пострезекционных дефектов большеберцовой кости двухуровневым удлинением отломка носил стадийный характер: фаза роста клеточных элементов костной ткани (после операции – начало дистракции), фаза минерализации (конец дистракции – середина фиксации), фаза ремоделирования новообразованной костной ткани (середина фиксации – безаппаратный период).

• 2.    По данным исследования минерального обмена для двухуровневого удлинения отломка большеберцовой кости был характерен длительный период ремоделирования новообразованной костной ткани. Процессы минерализации и деминерализации костной ткани продолжались до года безаппаратного периода.

• 3.    Выявленные повышенные значения активности ТрКФ на этапе фиксации у животных III, IV серий опытов, свидетельствовали о пре-

• обладании в фазе ремоделирования процессов резорбции костной ткани при замещении дефектов берцовых костей двухуровневым удлинением дистального отломка большеберцовой кости.

• 4.    При двухуровневом удлинении дистального отломка (III, IV серии опытов) была характерна двухфазность процесса с двумя пиками костеобразования в начале дистракции и к месяцу фиксации, что свидетельствовало о напряжении протекающих процессов регенерации ткани.

• 5.    Для процесса замещения дефекта берцовых костей двухуровневым удлинением проксимального отломка (I, II серии опытов) была характерна более четкая и последовательная смена фаз роста остеобластической активности, минерализации и ремоделирования новообразованной костной ткани, что свидетельствовало о гармоничном протекании процессов восстановления костной ткани.

Рукопись поступила 23.04.04.

Предлагаем вашему вниманию

В.И. Шевцов, А.Т. Худяев, С.В. Люлин

НАРУЖНАЯ ТРАНСПЕДИКУЛЯРНАЯ ФИКСАЦИЯ ПРИ ЛЕЧЕНИИ БОЛЬНЫХ

С ПЕРЕЛОМАМИ ГРУДНОГО

И ПОЯСНИЧНОГО ОТДЕЛОВ ПОЗВОНОЧНИКА Курган, 2003 – 207 с .

ISBN 5-89506-019-6

Книга посвящена одной из актуальных проблем нейрохирургии и травматологии.

В ней рассматриваются современные принципы лечения повреждений позвоночника в условиях применения аппарата наружной транспедикулярной фиксации.

Книга будет представлять большой интерес для нейрохирургов, ортопедов-травматологов, неврологов, нейрофизиологов и рентгенологов.