Минеральный обмен и фосфатазная активность сыворотки крови в процессе репаративной регенерации костной ткани при замещении дефектов берцовых костей в эксперименте (часть 2)
Автор: Лунева С.Н., Стогов М.В., Борзунов Д.Ю., Петровская Н.В.
Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii
Рубрика: Оригинальные статьи
Статья в выпуске: 4, 2005 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты исследования ферментативной активности щелочной и тартратрезистентной кислой фосфатазы в сыворотке крови собак в динамике замещения дефекта большеберцовой кости двухуровневым удлинением.
Щелочная фосфатаза, тартратрезистентная фосфатаза, замещение дефекта, чрескостный остео-синтез
Короткий адрес: https://sciup.org/142120861
IDR: 142120861
Текст научной статьи 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.