Ремоделирование кости при удлинении конечности: количественная и качественная оценка

История хирургического удлинения кости составляет около 100 лет захватывающей борьбы, развития и непрерывного совершенствования. Первоначальный этап длился почти полвека, пока не были признаны преимущества метода Илизарова с биологически обоснованными, сохраняющими надкостницу остеотомиями и оптимальными условиями удлинения с темпом 1 мм/сутки (4×0,25 мм) [12, 21, 27, 29]. Тем не менее, удлинение конечности, особенно в сочетании с устранением многоплоскостных деформаций, все еще остается сложной задачей. В любом случае, правильно оцененная медико-биологическая ситуация, соответствующая психосоциальная среда, подходящий метод и аппаратное обеспечение, а также тщательное хирургическое вмешательство, проведенное опытным хирургом, являются краеугольными камнями успешных результатов [1, 3, 21, 22, 24, 26, 28].

Сложный и длительный процесс формирования дистракционного регенерата при удлинении кости, в основе которого лежит принцип «напряжения растяжения», сформулированный профессором Г.А. Илизаровым, после окончания дистракции проходит длительный и многоэтапный процесс перестройки (ремоделирования) кости в зоне дистракционного регенерата [4, 5, 6, 7, 8, 10, 13]. Кроме того, процессы перестройки касаются и материнской кости, которая также претерпевает различные изменения в процессе удлинения [9, 11, 12, 16]. Анализ литературы, касающейся роста кости и формирования различных ее отделов, в частности, корковой пластинки, показал, что происходит постепенное ее формирование из трабекулярной кости путем постепенной резорбции костных трабекул, прилежащих к эндостальной поверхности. Слияние метафизарных трабекул под пластиной роста в корковой пластинке, вероятно, регулируется механическим раздражителем. Кроме того, развитие корково-

Ш Дьячков К.А., Дьячкова Г.В. Ремоделирование кости при удлинении конечности: количественная и качественная оценка // Гений ортопедии. 2015. № 4. С. 53-60.

го слоя диафиза можно объяснить как форму трабекулярной адаптации костной ткани, без необходимости различных регулирующих механизмов для корковой и губчатой кости [15, 18]. В литературе отсутствуют данные об этапах перестройки кости после удлинения у больных. Гистологические исследования по данной теме известны, однако они касаются эксперименталь- ных данных, которые не всегда можно перенести в клинику, где удлинение производят у больных с различной патологией и на большую, чем в эксперименте величину [1, 3, 14]. Не менее важными являются данные о качестве кости как до лечения, так и после него, однако они посвящены общим вопросам и не касаются удлинения конечности [17, 19, 20, 23, 25, 30].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Анализ формирования дистракционного регенерата и ремоделирования кости после удлинения изучен при удлинении голени и бедра у 105 больных. Рентгенография на различных этапах удлинения выполнена всем больным. Методом КТ и МСКТ в динамике изучено ремоделирование большеберцовой кости у 47 больных ахондроплазией, 15 пациентов с субъективно низким ростом, 12 – с врожденным и приобретенным укорочением нижней конечности. Компьютерная томография (КТ) проведена на компьютерных томографах Siemens Somatom AR-HP, GE Lihgt Speed VCT. Исследования большеберцовой и бедренной костей у больных до начала оперативного лечения, на различных этапах его и в отдаленном периоде проводили с измерением плотности корковых пластинок и плотности участка материнской кости в зоне будущей остеотомии, проксимальнее и дистальнее границы регенерата и зоны его перестройки в аксиальной плоскости и по MPR. Обработку результатов исследования проводили с помощью программы Attestat, встроенной в Microsoft Excel. Для подтверждения выводов о различиях между полученными количественными результатами исследований в случаях с нормальным распределением использовали t-критерий Стьюдента. В том случае, когда распределение отличалось от нормального, использовали непараметрические критерии (критерий Вилкок-сона). Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез принимался равным р<0,05, где р – достигнутый уровень значимости. Все результаты представлены в виде M±σ, где М – выборочное среднее, σ- выборочное стандартное отклонение [2].

РЕЗУЛЬТАТЫ

В конце периода дистракции или в периоде фиксации плотность регенерата, особенно в центральных его отделах, крайне неравномерна, поскольку содержит группы костных трабекул с плотностью до 220±56,8 HU, между которыми располагается соединительнотканная «зона роста», плотность которой варьировала в пределах 50-85 HU. Плотность проксимального отдела регенерата составляла не менее 300-360 HU (рис. 1).

Эти показатели примерно одинаковы у различных групп больных в клинике, за исключением случаев каких-либо отклонений в течении репаративного процесса в силу индивидуальных особенностей пациента, нарушения режима дистракции или других условий дистракционного остеосинтеза (табл. 1).

После демонтажа аппарата и увеличения нагрузки на конечность постепенно формировался костномозговой канал (точка 3, рис. 2, б), где плотность (136,5 HU) меньше, чем в центральных отделах регенерата (точка 4, плотность составляет 230,7 HU). На аксиальных срезах также в центре регенерата видны зоны неопределенной формы, содержащие участки различной плотности (общая плотность составляет 102,8 HU) и соответствующие формирующемуся костномозговому каналу (рис. 2).

Рис. 1. МСКТ голеней пациентки А., 27 лет, субъективно низкий рост, удлинение на 5,5 см, фиксация: а, б – аксиальные срезы (а – Color Map); в – VRT «Навигация» (вид со стороны костномозгового канала на границе регенерата с материнской костью)

Таблица 1

Плотность различных отделов регенерата в конце периода дистракции и начале периода фиксации у пациентов с субъективно низким ростом

Зона интереса	Показатели
	М	σ	Ме
Проксимальный отдел регенерата	210,34	21,17	212
Прослойка	78,24	12,36	82
Дистальный отдел регенерата	189,56	16,23	190

Рис. 2. Рентгенограммы голеней пациента Р., 28 лет. Удлинение голеней на 6,5 см. 1 месяц после снятия аппарата (а), МСКТ: MPR дистракционного регенерата (б), MIP (в), г, д – аксиальные срезы (ColorMap – г); MIP зоны регенерата (е)

Исследование области дистракционного регенерата с помощью программы Navig (навигация) после VRT позволило визуализировать внутреннее строение кости в зоне удлинения, степень перестройки кости, характер костномозгового канала, его содержимое (рис. 3).

У больных ахондроплазией процессы регенерации и ремоделирования протекали более активно, особенно в возрасте 6-10 лет. Плотность центральной части регенерата (прослойка в периоде фиксации) у больных ахондроплазией несколько ниже, чем у па- циентов с субъективно низким ростом, но это связано с большей величиной удлинения как в абсолютных цифрах, так и в процентном отношении. Однако после демонтажа аппарата плотность новообразованной кости в центральной части в связи с хорошей минерализацией трабекулярной кости в этой зоне достаточно высока, тогда как плотность всего регенерата меньше, поскольку в его проксимальной и дистальной частях достаточно быстро формируется костномозговой канал (табл. 2).

Рис. 3. МСКТ голеней пациента Р., 28 лет. Удлинение голеней на 6,5 см. 1 месяц после демонтажа аппарата. VRT, навигация. Ремоделирование кости в зоне дистракционного регенерата: а – материнская кость проксимальнее регенерата; б- зона регенерата

Плотность различных отделов регенерата больных ахондроплазией во время фиксации

Таблица 2

Зона интереса	Период лечения, в котором выполнена КТ
	фиксация	2-3 дня после демонтажа аппарата
Центральная часть регенерата	66,0±9,4	348,4±57,4
Весь регенерат	165,2±14,2	217,8±86,5

В конце периода фиксации центральная часть регенерата приобретала трабекулярное строение, по обе стороны от которой формировался костномозговой канал. При MPR в сагиттальной плоскости по передней поверхности регенерата у некоторых больных отмечалось его сужение.

Во время фиксации конечности в аппарате, в ближайшее время после демонтажа аппарата Илизарова корковая пластинка во всех группах больных имела неоднородное строение с зонами резорбции различной величины, формы и плотности. Минимальные значения плотности корковой пластинки после демонтажа аппарата отмечены на границе с регенератом, во внутренних и наружных отделах коркового слоя. Критическими являются значения в 300-350 HU. Локальная плотность корковой пластинки в остеонном слое максимальна. Нами предложен «Способ прогнозирования перестройки дистракционного регенерата методом компьютерной томографии». Патент 2342904, МПК8 А 61 В 8/00 [8]. По мере увеличения времени фиксации происходила перестройка центральной части регенерата, которая пересекалась костными трабекулами, расположенными по оси нагрузки (продольно ориентированные трабекулы в дистракционном регенерате формируются под влиянием сил растяжения, ориентированных вдоль оси кости). Визуализация в программе «Navig» позволяет видеть также формирующиеся поперечно расположенные в виде коротких отростков трабекулы (рис. 4).

После удлинения голени на 5,5-6 см у больных ахондроплазией в ближайшее время после демонтажа аппарата плотность всего регенерата составляла 263,2 HU, проксимальной его трети – 157,7 HU, центральной зоны 445,2 HU. Ремоделирование кости в зоне дистракционного регенерата происходило в несколько стадий, начиная с резорбции в области костномозгового канала продольно ориентированных костных трабекул в направлении от материнской кости к «зоне роста», а также в направлении от эндостальной поверхности к центру регенерата (рис. 5).

Через 1 год у 89 % больных ахондроплазией ремоделирование кости практически закончено, однако в 11 % случаев на уровне средней трети дистракционного регенерата (выделено красным кругом) костномозговой канал сформирован не полностью даже через 1 год 4 месяца (рис. 6).

Рис. 4. КТ голеней больного (а) в периоде фиксации, MPR; МСКТ голеней больного ахондроплазией, программа «Навигация» (б)

Рис. 5. СКТ голеней больных после демонтажа аппарата. Удлинение голени на 7-8 см. Красной линией выделены участки с меньшей плотностью (формирующийся костномозговой канал)

Рис. 6. МСКТ голеней больного Б., 10 лет. Ахондроплазия. Удлинение голеней на 7 см. Аксиальный срез, ColorMap (a); MPR, фильтр (б); вид изнутри в зоне новообразованной кости (навигация)

В 89 % случаев в отдаленном периоде (один год) корковая пластинка и костномозговой канал были сформированы полностью. Плотность корковой пластинки соответствовала дооперационным значениям.

Применение комплекса программ рабочей станции для обработки данных позволило получить исчерпывающую картину о состоянии кости как в зоне удлинения, так и на протяжении. При VRT (a) зона новообразованной кости не отличается от материнской, изучение внутренней поверхности с помощью программы «Навигация» показывает ровную поверхность со стороны эндоста (б), корковая пластинка на уровне удлинения имеет четкое зональное строение (в) (рис. 7).

Динамика ремоделирования кости в зоне удлинения представлена на рисунке 8. В ближайшее время после демонтажа аппарата в формирующемся костномозговом канале видны группы костных трабекул, неровная поверхность кости со стороны эндоста. Через 7-8 месяцев единичные костные трабекулы и их группы визуализировались при изучении в режиме «Навигация» (МСКТ) на эндостальной поверхности и центральной зоне новообразованной кости. После демонтажа аппарата процесс продолжался, небольшое количество костных трабекул сохранялось некоторое время в центральной зоне дистракционного регенерата, а через 1-1,5 года полностью формировался костномозговой канал, имеющий со стороны эндоста ровную поверхность (рис. 8).

Рис. 7. МСКТ голеней больного М., 16 лет. Ахондроплазия. Удлинение голени в верхней трети на 8 см, 1 год 6 месяцев после демонтажа аппарата Илизарова. VRT (а),VRT; фрагмент большеберцовой кости на уровне верхней трети; навигация, вид изнутри (б);VRT, фильтр Hardware Enhancend (в)

Рис. 8. Динамика ремоделирования кости после удлинения по данным МСКТ: а – два-три дня после демонтажа аппарата (MPR, «Навигация»); б – 8 месяцев после демонтажа аппарата (MPR, «Навигация»); в – 1 год 2 месяца после демонтажа аппарата (MPR, «Навигация»)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты позволили проследить динамику ремоделирования кости в зоне удлинения для решения вопроса о качестве новообразованной кости, показать, используя современные методы лучевой диагностики, возможность прижизненного определения стадий ремоделирования, которое происходит аналогично процессу роста кости. В процессе роста формирование выраженной корковой пластинки и костномозгового канала, как структур диафиза, из трабекулярной кости происходит путем резорбции трабекул со стороны эндостальной поверхности, уплотнения и утолщения корковой пластинки [18]. Как показали наши данные, ремоделирование трабекулярной кости дистракционного регенерата происходит аналогично. Механическую нагрузку не все считают прямым стимулом для костного ремоделирования, а скорее стимулом, который определяет проявление биохимических сигнальных молекул. При превышении определенного порога происходит местное ремоделирование кости. Авторы пришли к выводу, что слияние метафизарных трабекул под пластиной роста в корковой пластинке, вероятно, регулируется механическим раздражителем. Кроме того, развитие коркового слоя диафиза можно объяснить как форму трабекулярной адаптации костной ткани, без необходимости различных регулирующих механизмов для корковой и губчатой кости [18]. После того, как рост кости в регенерате закончен, увеличивалась нагрузка на новообразованную кость c соответствующими биомеханическими и биохимическими изменениями, происходила трабекулярная адаптация костной ткани, межтрабекулярное пространство заполнялось костью, формируя корковую пластинку с одновременным резорбированием трабекул в области будущего костномозгового канала, начиная со стороны проксимального и дистального фрагментов материнской кости. Анализ полученных данных позволил сделать следующие выводы:

• 1)    ремоделирование кости в зоне дистракционного регенерата происходит в несколько стадий, заключается в формировании продольно ориентированных костных трабекул с последующей их резорбцией до полной органотипической перестройки, аналогичной структуре диафиза, которая завершается через 1-1,5 года;

• 2)    алгоритм изучения качества кости должен включать усовершенствованные методики обработки данных МСКТ;

• 3)    во время дистракции и фиксации конечности в аппарате, в ближайшее время после демонтажа аппарата Илизарова корковая пластинка во всех группах больных имеет неоднородное строение с зонами резорбции различной величины, формы и плотности. На границе с регенератом она имеет минимальные показатели. Критическими являются значения в 300-350 HU. Локальная плотность корковой пластинки в остеонном слое максимальна;

• 4)    органотипическая перестройка кости после удлинения завершается через 1-3 года в зависимости от этиологии заболевания и величины удлинения. Ремоделирование кости в зоне дистракционного регенерата, по данным МСКТ, происходит в несколько стадий, начиная с резорбции продольно ориентированных костных трабекул, в направлении от материнской кости к центру регенерата. В отдаленном периоде костномозговой канал со стороны эндоста имеет ровную поверхность.