Костеобразование при удлинении голени после остеотомии долотом берцовых костей в средней трети (экспериментальное исследование)

В последние десятилетия прослеживается четкая тенденция к использованию щадящих методик нарушения целостности кости у ортопедических больных. В РНЦ «ВТО» разработаны новые методы кортикотомии и устройства для их осуществления [1, 2], изучено состояние остеогенных тканей и кровоснабжающих кость сосудов при различных видах кортикотомии, во многом определяющих активность костеобразовательных процессов [3]. Установлена прямая зависимость результатов лечения от степени травматизации при остеотомии остеогенных тканей и нарушения кровоснабжения костных фрагментов. Доказано, что в условиях стабильного остеосинтеза ведущая роль в регенерации костной ткани принадлежит костному мозгу, который наиболее интенсивно проявляет свои остеогенные потенции при сохранности диафизарного кровоснабжения [4]. В этих условиях костеобразовательные процессы при удлинении конечностей, при устранении деформаций диафиза, спонтанном заживлении краевого и сегментарного коркового дефекта протекают наиболее интенсивно [5, 6, 7].

Полученные результаты привели Г.А. Илизарова и его учеников к разработке щадящего способа нарушения целостности кости – частичной кортикотомии (компактотомии) [8]. Суть ее заключается в том, что из небольшого разреза мягких тканей узким долотом рассекается большая часть периметра кости без повреждения содержимого костномозговой полости. Сохранившаяся часть кости доламывается (ос-теоклазируется) либо поворотом долота, либо поворотом концов кости руками за опоры предварительно наложенного аппарата для чреско-стного остеосинтеза.

Однако в клинических условиях не удается выявить, насколько щадяще была выполнена кортикотомия, в каком объеме повреждены остеогенные ткани. Не секрет, что после "корти-котомии" у разных больных при последующем удлинении конечности наблюдается разная ак- тивность костеобразования. Целью настоящего исследования было изучение активности процесса остеогенеза при удлинении голени после остеотомии берцовых костей долотом.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведены эксперименты на 8 взрослых беспородных собаках в возрасте 1-3 года, с длиной голени 17,6 ± 0,5 см и массой тела 18,6 ± 0,8 кг.

Для удлинения голени применяли аппарат Илизарова, состоящий из двух дуг и двух колец, на которых фиксировали по две взаимноперек-рещивающиеся спицы, проведенные через большеберцовую кость. Остеотомию берцовых костей в средней трети диафиза производили долотом с шириной лезвия 0,7 см из двух боковых разрезов по 1,0 см. Сначала из разреза по латеральной поверхности голени остеотомиро-вали малоберцовую кость, затем из медиального - большеберцовую кость, причем долото поочередно устанавливали на переднемедиальную и заднемедиальную поверхности большеберцовой кости. Удары молотком по долоту наносили до тех пор, пока не происходило нарушение целостности большеберцовой кости. Следует отметить, что у части животных для нарушения целостности кости потребовалось несколько легких ударов молотком по долоту. При этом остеотомия, как правило, не сопровождалась кровотечением из костной раны. В других опытах для остеотомии потребовались большие усилия, и лезвие долота проникало в костномозговую полость большеберцовой кости. В этих экспериментах из костной раны было кровотечение.

Удлинение голени начинали через 5 дней после операции. Режим дистракции был 1 мм в сутки за 4 приема по 0,25 мм в течение рабочего времени. Удлинение осуществляли 4 недели, что соответствовало 15% исходной длины, последующую фиксацию – до наступления консолидации регенерата. Двух собак наблюдали в течение месяца после снятия аппарата. Живот- ных выводили из опыта передозировкой барбитуратов через 14, 28 дней дистракции, 30 дней фиксации и 30 дней после снятия аппарата.

Содержание, оперативные вмешательства и выведение из опыта животных осуществляли согласно приказу МЗ СССР № 755, 1977 г.

На аппаратно-программном комплексе "ДиаМорф" (Россия) анализировали изображения рентгенограмм, выполненных через 28 дней дистракции и 30 дней фиксации. На изображениях оконтуривали тени регенератов и, используя операцию интерактивной 3-х уровневой сегментации, по степени интенсивности выделяли 4 диапазона плотностей, соответствующих структурам с разной степенью минерализации: высоко-, средне-, слабо- и неминерализованные, одновременно измеряя площадь каждой из них. Рассчитывали их процентное соотношение в общей площади регенерата. Полученные цифровые данные обрабатывали в программе Microsoft Excel - 97.

Посмертные ангиограммы большеберцовой кости получали методом безэкранной рентгенографии после наливки артерий голени контрастной массой Гауха.

Для гистологического исследования регенерата большеберцовые кости фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина. Выпиливали блок, включающий регенерат и концы отломков протяженностью 1,5-2,0 см. Препараты обезжиривали в ацетоне и декальцинировали в 7% растворе азотной кислоты, обезвоживали в спиртах возрастающей крепости и заливали в целлоидин. Полученные продольные гистотопографи-ческие срезы окрашивали гематоксилином-эозином и пикрофуксином по Ван-Гизону.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

После операции на рентгенограммах в большинстве опытов линия перелома была Г-образной (5 собак), в 2-х случаях - поперечной и в одном опыте в области остеотомии определялся большой осколок по типу "бабочки".

Через 14 дней дистракции (8 собак) высота диастаза достигала 13,75±0,25 мм. Во всех опытах формирующийся регенерат имел зональное строение. В 3-х опытах его поперечник в средней части был больше на 1,0-2,0 мм, в 4-х – меньше на 1,0-3,0 мм и в одном – равен поперечнику прилежащих концов отломков. Регенерат имел продольно-поперечную структуру. Протяжен- ность проксимального костного отдела регенерата была 4,38±0,35 мм, дистального – 4,13±0,41 мм. Разделяющая их срединная зона просветления (“зона роста” регенерата) высотой от 2,25±0,27 мм до 5,5±0,49 мм располагалась несколько дистальнее. В 3-х опытах ее пересекали тонкие единичные трабекулярные тени. В 3-х других опытах пересечение прослойки этими тенями было более интенсивное, особенно в эндостальной части регенерата (рис. 1а), и в 2-х наблюдениях в прослойке не было выявлено наличия трабекулярных структур (рис. 1б). Отмечали, как правило, разделение периостальных и эндостальных теней регенерата, причем в 2-х случаях по передней и задней поверхностям периостальные тени регенерата вообще отсутствовали. Периостальная реакция на поверхности отломков выявлялась в 7 опытах, в основном по задней и медиальной поверхностям, протяженностью 4,0-22,0 мм и толщиной 0,5-4,0 мм. Во всех опытах в костномозговой полости отломков, вблизи излома, определялись тени повышенной плотности – эндостальные регенераты. Протяженность этих теней в обоих отломках была практически одинаковой (16,4±2,7 мм). На ангиограммах, выполненных у одной собаки на этот срок, была сохранена a. nutritia (рис. 1а).

а б

Рис. 1. Ангио- - и рентгенограммы костей голени через 14 дней дистракции: а – сохраненная a. nutritia, прослойка регенерата интенсивно пересечена трабекулярными тенями; б – картина замедлен- ного остеогенеза

Гистологически к этому сроку в одном опыте (рис. 2а) соединительнотканная прослойка регенерата имела высоту 1-1,5 мм и состояла из пучков коллагеновых волокон, фибробластических клеток. В центре её образовался «костный мостик» шириной ≈ 1 мм, т.е. участок смыкания вершин формирующихся трабекул. В другом случае (рис. 2б) «зона роста» регенерата имела высоту 3-6 мм, состояла также из пучков коллагеновых волокон, элементов фибробластического ряда, узких продольно ориентированных капилляров. В параоссальных тканях, на уровне регенерата, определялись гематомы. Костные отделы регенерата формировались приемущественно за счет эндостального остеогенеза. В обоих отломках отмечались эндостальные регенераты в виде мелкопетлистой губчатой костной ткани.

К концу дистракции (28 дней; 6 собак) диастаз равнялся 28,3±0,26 мм. Регенерат имел продольно исчерченную структуру, его поперечник в большинстве опытов был меньше на 1,0-3,0 мм поперечника отломков. Протяженность костных отделов регенерата увеличилась и составляла: проксимального – 11,25±0,53 мм, дистального – 10,5±0,57 мм. Высота прослойки была различна: в 2-х опытах – от 1,0 до 6,0 мм, в 4-х других – от 3,0 до 10,0 мм. Только в 2-х случаях прослойку интенсивно пересекали трабекулярные тени (рис. 3а), в остальных опытах либо ее вообще не пересекали тени трабекул, либо они были единичными, тонкими, нитевидными (рис. 3б). В 3-х случаях отмечено слияние эндо- и периостальных теней регенерата между собой, и только в 2-х случаях отмечено уплотнение тени по периферии регенерата, т.е. формирование корковой пластинки. Периостальная и эндостальная реакция в отломках затухала. На полученных ангиограммах определялось повреждение a. nutritia (рис. 3б).

Рис. 2. Гистотопограммы регенерата через 14 дней дистракции: а – активный остеогенез, смыкание вершин формирующихся трабекул в «зоне роста» регенерата; б – высокая прослойка представлена продольно ориентированными пучками коллагеновых волокон, окр. пикрофуксином по Ван-Гизону, ув. лупное

Результаты компьютерной денситометрии рентгенограмм показали (рис. 4а), что через 28 дней дистракции доля неминерализованных структур колебалась от 19% до 38% и составляла в среднем 27,9±2,6%. Слабоминерализованные структуры занимали 16,9±2,4%. На долю среднеминерализованных структур приходилось 54,24±2,92%. Выявленные к этому сроку высокоминерализованные структуры (от 1% до 4%), как правило, приходились на долю осколков, находящихся вблизи изломов отломков и их зубцов, обращенных в регенерат.

Рис. 3. Рентгено-, ангио- и гистотопограмма дистракционного регенерата через 28 дней дистракции: а – активный остеогенез, прослойку пересекают костные «мостики»; б – поврежденная a. nutritia, картина замедленного остеогенеза; в - «зона роста» регенерата представлена волокнистой соединительной тканью, окр. пикрофуксином по Ван-Гизону, ув. лупное

□ высокомин.

□ среднемин.

□ слабомин.

□ неминерализ.

Рис. 4. Доли структур различной рентгеновской плотности в площади дистракционного регенерата: а – через 28 дней дистракции; б - через 30 дней фиксации

□ высокомин.

□ среднемин.

□ слабомин.

□ неминерализ.

На гистотопограммах (рис. 3в) костные отделы регенерата, сформированные в основном за счет эндостального остеогенеза, имели строение губчатой костной ткани разной степени зрелости. «Зона роста» регенерата – неровная, высотой от 2 до 13 мм, с узкими костными «мостиками» в центре, представлена плотно расположенными пучками коллагеновых волокон, клетками фибробластического ряда, расширенными полнокровными капиллярами. В отломках эндостальные регенераты подвергались остео-кластической резорбции, периостальные наслоения отсутствовали.

Через 15 дней фиксации (4 собаки) в одном опыте в результате интенсивного остеогенеза диастаз был полностью замещен тенями регенерата. С трех его сторон сформировалась непрерывная тонкая (до 1,0 мм) корковая пластинка. В 3-х других опытах сохранялась зональная структура регенерата. Костные отделы имели протяженность от 10,0±1,2 мм до 16,0±1,0 мм, разделяющая их прослойка была высотой 1,0-6,0 мм. В этих опытах в эндостальной части регенерата “зону роста” интенсивно пересекали трабекулярные тени. В ин-термедиарной проекции она, как правило, была не замещена. У 2-х собак не определялись признаки формирования корковой пластинки. На основании проведенного анализа у 2-х животных костеобразование можно считать неудовлетворительным, у двух других - удовлетворительным и хорошим.

Через 30 дней фиксации (4 собаки) еще в одном случае диастаз практически был полностью замещен тенями костной ткани. Лишь в области прослойки оставались отдельные участки просветления. Формирующаяся корковая пластинка только по передней поверхности полностью перекрывала диастаз, прерываясь с трех других сторон, что в совокупности с клинической пробой не позволяло снять аппарат. У одной собаки к этому сроку на рентгенограммах определялись явления активной перестройки (рис. 5а): формировалась единая с отломками костномозговая полость, со всех сторон регенерата сформировалась непрерывная корковая пластинка, плотные тени которой имели толщину до 3,0 мм. У данного животного аппарат был снят. В двух других опытах сохранялось зональное строение регенерата (рис. 5б). Прослойка имела высоту от 1,0 мм до 4,0 мм, выявлялась преимущественно по периферии регенерата. Образующаяся тонкая корковая пластинка только с 1-2-х сторон перекрывала диастаз. По данным количественных исследований рентгенограмм выявлено (рис. 4б) уменьшение долей неминерализованных (11,6±5,0%) и слабоминерализованных структур (17,5±2,4%) и одновременное увеличение долей средне- (67,9±4,6%) и высокоминерализованных структур (3,0±2,1%). Однако эти значения у разных животных существенно отличались. Так, в одном случае неминерализованные структуры в регенерате отсутствовали, на долю среднеминерализованных – приходилось 78,9%, а высокоминерализованных – 9,2%. В то же время в другом наблюдении слабоминерализованные структуры составляли 23,3%, среднеминерализованные – 56,8%, а высокоминерализованные – отсутствовали. На гистотопограммах (2 наблюдения) регенерат сохранял зональную структуру (рис. 5в). Костные отделы были представлены губчатой костной тканью, преимущественно незрелого типа, межтрабекулярные пространства которой содержали кроветворный и фиброретикулярный мозг. «Зона роста» регенерата высотой 0,4-5 мм состояла из плотной волокнистой соединительной ткани и хряща.

Через месяц после снятия аппарата наблюдали двух собак. К этому сроку продолжалась органотипическая перестройка регенерата: была сформирована единая костномозговая полость, увеличивалась толщина новообразованной корковой пластинки, плотность теней которой приближалась к плотности корковой пластинки прилежащих отломков.

Проведенный анализ костеобразования позволяет сделать выводы о том, что в этих опытах активность остеогенеза была разной и во многом зависела от качества нарушения целостности кости. При выполнении остеотомии у трех животных получилась кортикотомия. В этих опытах, при нарушении целостности кости, лезвие долота не проникало глубоко в костномозговую полость, и из костной раны не было кровотечения. У других животных остеотомия была более травматична – долото глубоко проникало в костномозговую полость, и из костной раны было значительное кровотечение. У собак, где, по нашим данным, получилась кортикотомия, уже к 30 дням фиксации прослойка была замещена костной тканью. В опытах с повреждениями внутри- костных структур к этому сроку регенерат имел зональное строение, был высокий процент содержания в нем неминерализованных структур. Рентгенологические данные согласуются и с результатами гистологического исследования. В опыте с кортикотомией уже к 14 дням дистракции соединительнотканную прослойку пронизывали "костные мостики", в другом же опыте высота прослойки достигала 6 мм, а в регенерате определялись гематомы. Через 30 дней фиксации после остеотомии кости в регенерате по-прежнему сохранялась прослойка высотой в 5 мм, состоящая из волокнистой соединительной ткани с участками хряща.

Таким образом, проведенные комплексные экспериментальные исследования привели к заключению, что при выполнении планируемой остеотомии зачастую получается кортикотомия. Это дает основание предположить и большую вероятность получения остеотомии при выполнении кортикотомии. Эти варианты необходимо учитывать в клинической практике, когда для последующего удлинения конечности планируется определенный преддистракционный период и режим дистракции. Наше исследование еще раз подтвердило, что после остеотомии при значительном повреждении внутрикостных структур костеобразование замедленно, в сравнении с кортикотомией [9], при соблюдении прочих равных условий дистракции.

Рис. 5. Рентгенограммы и гис-тотопограмма дистракционного регенерата через 30 дней фиксации после 28 дней дистракции: а – формирование единой костномозговой полости и непрерывной корковой пластинки; б – сохранение зонального строения регенерата; в – «зона роста» регенерата состоит из плотной волокнистой соединительной ткани и хряща, окр. пикрофуксином по Ван-Гизону, ув. лупное