Рентгено-морфологическая характеристика костеобразования при замещении дефекта берцовых костей последовательным двухуровневым удлинением проксимального отломка большеберцовой кости

© Группа авторов, 2000

Рентгено-морфологическая характеристика костеобразования при замещении дефекта берцовых костей последовательным двухуровневым удлинением проксимального отломка большеберцовой кости

Д.Ю. Борзунов, Н.В. Петровская, А.М. Чиркова, Л.М. Куфтырев

Roentgenomorphologic description of osteogenesis during filling in a defect of leg bones by consecutive two-level elongation of the

proximal tibial fragment

D.Y. Borzunov, N.V. Petrovskaya, A.M. Chirkova, L.M. Kuftyrev

Государственное учреждение науки Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. академика Г. А. Илизарова, г. Курган

В статье представлены результаты рентгенологического и гистологического изучения дистракционного остеогенеза у 16 беспородных собак, которым оперативный дефект берцовых костей, составляющий 20,9±0,3% от исходной длины сегмента, замещен последовательным двухуровневым удлинением проксимального отломка большеберцовой кости. Результаты проведенного исследования показали высокий уровень остеогенеза при двухуровневом удлинении отломка большеберцовой кости, позволяющий сократить срок восстановления анатомической целостности сегмента.

Ключевые слова: эксперимент, беспородные собаки, большеберцовая кость, дефект, двухуровневое удлинение, ос-теогенез, рентгено-морфологическая характеристика.

Results of roentgenologic and histologic study of distraction osteogenesis are given in the work, using 16 mongrel dogs with surgical defect of leg bones, amounting to 20,9±0,3% from initial segmental length, has been filled in by consecutive two-level elongation of the proximal tibial fragment. The results of the conducted study showed osteogenesis of high level during two-level elongation of tibial fragment, that gave the possibility to reduce the period of recovery of anatomical segmental integrity.

Keywords: experiment, mongrel dogs, tibia, defect, elongation at two-levels, osteogenesis, roentgenomorphologic description.

ВВЕДЕНИЕ

Несвободная костная пластика по Г.А. Или-зарову подразумевает возмещение дефекта кости перемещением аутотрансплантата, связанного с окружающими тканями, и образованием при этом в диастазе дистракционного регенерата [1]. Сохранение кровотока в несвободных аутотранспланататах обеспечивало их полноценную органотипическую перестройку [2-6]. Вместе с тем, возможности полного одноэтап-ного возмещения дефектов длинных костей одноуровневым удлинением отломка ограничивались величиной формируемого дистракционного регенерата [7-11]. В РНЦ "ВТО" им. акад. Г.А. Илизарова разработан способ замещения дефекта кости удлинением отломка с использованием дополнительной остеотомии переме-

щаемого фрагмента, расширяющий возможности одноэтапного замещения обширных дефектов длинной кости посредством формирования дистракционных регенератов малой величины [12]. Данный способ лечения апробирован на взрослых беспородных собаках, которым дефект дистальных метадиафизов берцовых костей, составляющий 20,9±0,3% от исходной длины большеберцовой кости, замещен двухуровневым удлинением проксимального отломка.

В настоящей работе представлены результаты рентгенологического и гистологического изучения процесса костеобразования при замещении дефекта берцовых костей последовательным двухуровневым удлинением отломка.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты выполнены на 16 взрослых беспородных собаках с длиной голени 18,5±0,15 см. Дефект создавали оперативным путем после жесткой фиксации голени аппаратом Илизарова. Нарушали целостность проксимального отломка большеберцовой кости на уровне нижнего края бугристости и на 1,0-1,5 см дистальнее входа в костно-мозговую полость питательной артерии. Дополнительную (дистальную) кортикотомию выполняли после перемещения несвободного фрагмента на половину величины сформированного дефекта берцовых костей. Перемещение фрагментов в межотломковом диастазе начинали через 6 суток после операции с суточным темпом 1 мм за 4 приема.

Контрольные рентгенограммы производились в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в сроки: перед операцией и после операции, на 7 и 14 дни и в конце дистракции, через каждые 15 дней фиксации и ежемесячно после снятия аппарата.

Для планиметрической оценки рентгенограмм использовали аппаратно - программный комплекс "ДиаМорф" (г. Москва). На оцифрованных изображениях вручную оконтуривали тени дистракционного регенерата, его костных отделов, срединной зоны просветления и изме-

ряли их площадь. Для компьютерного анализа были выбраны рентгенограммы 7 и 14 дней дистракции, дня окончания замещения дефекта берцовых костей, каждого 15 дня фиксации и 1, 2, 3, 6, 9 месяцев после снятия аппарата.

Для проведения гистологических исследований животных выводили из опыта внутривенным введением летальных доз тиопентала -натрия перед началом дистракции в зоне дополнительной кортикотомии, в конце периода перемещения фрагментов, через 1, 1,5, 2 месяца фиксации сегмента аппаратом, через 6-9 месяцев и 1,5 года после снятия аппарата Илизарова. После эвтаназии вычленяли кости голеней и фиксировали их в 10% растворе формалина. По окончании фиксации препараты распиливали на четыре блока, включающие дистракционные регенераты, проксимальный перемещеный фрагмент и зону стыка концевых отделов дис-тального перемещенного фрагмента и дисталь-ного отломка большеберцовой кости. Костные блоки декальцинировали в 7% азотной кислоте, обезвоживали в спиртах восходящей крепости и заливали в целлоидин. Гистотопографические срезы окрашивали гематоксилином - эозином и по Ван-Гизону.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При последовательном удлинении отломка дистракция в зоне проксимальной кортикотомии продолжалась 18,2±0,4, в дистальной - 19,3±0,9 дня.

Окончание дистракции в зоне дистальной кортикотомии соответствовало 3 -4 неделям фиксации проксимального дистракционного регенерата. Дозированное низведение несвободных костных фрагментов в дефект сопровождалось образованием в диастазах дистракционных регенератов. Рентгеносемиотика формирования дистракционных регенератов заключалась в замещении соединительно-тканной прослойки костной тканью, образовании общего коркового слоя и костно-мозговой полости.

Дистракционные регенераты активно формировались за счет эндостального и перио-стального остеогенеза. Соединительно-тканная прослойка почти во всех наблюдениях располагалась в центральной части диастаза. В проксимальном регенерате высота ее колебалась от 2 до 4 мм, в дистальном - от 1 до 8 мм. Вершины костных отделов регенератов чаще имели мелкозубчатые контуры. Сохранялась продольно исчерченная структура тени костных отделов регенератов. В основаниях регенератов, приле-

жащих к концам фрагментов, появлялась ячеистая структура тени. Высота новообразованных напластований костной ткани на перемещенных фрагментах, отмеченных во всех наблюдениях, достигала 5-6 мм (рис. 1 а,б).

Количественная оценка дистракционного ос-теогенеза при удлинении проксимального отломка большеберцовой кости на двух уровнях характеризовалась постепенным расширением общих проекционных площадей дистракцион-ных регенератов и прибавкой в них костных частей.

В периоде перемещения фрагментов в проксимальном регенерате доля проксимального костного отдела увеличивалась с 19,2±1,17 до 35,2±3,44%, доля дистального костного отдела -с 21,2±1,63 до 32,8±1,36%(р<0,01). Доля соединительно-тканной прослойки соответственно уменьшалась с 49,6±1,57 до 25,8±3,92% (р<0,01). В дистальном регенерате доля проксимального костного отдела увеличивалась с19,0±1,94 до 35,0±1,81%, дистального - с 21,4±1,54 до 34,7±1,77% (р<0,01). Доля соединительно-тканной прослойки уменьшалась с 50,6±2,89 до 22,9±2,51% (р<0,01).

(Mi

ИМ*

а б

Рис. 1. Рентгенограммы (№ 1190) 16 дней фиксации проксимального регенерата, 19 дней дистракции в зоне дополнительной кортикотомии. Срок эксперимента 40 дней: а - прямая, б - боковая проекции.

На гистотопограммах (рис. 2а) проксимальный регенерат состоял в основном из губчатой костной ткани. Лишь в его центральной части сохранялись участки соединительной ткани с очажками хряща. В прилегающих к фрагментам отделах регенерата восстанавливался кроветворный костный мозг. В дистальном регенерате (рис. 2б) протяженность костных отделов была примерно одинаковой, равной 6-8 мм. Соединительно-тканная прослойка состояла из плотно лежащих пучков коллагеновых волокон, клеток фибробластического ряда, капилляров. В отдельных участках она была пересечена костными трабекулами.

В перемещенных фрагментах отмечалась эн-достальная реакция с образованием сети костных трабекул. В компактной кости содержимое части сосудистых каналов было некротизирова-но, наблюдался процесс формирования резорб-ционных полостей (рис. 3) и новообразования костного вещества на стенках некоторых сосудистых каналов.

В восьми наблюдениях к 1 месяцу фиксации в обоих регенератах соединительно-тканная прослойка замещалась костной тканью, по их периферии формировалась непрерывная корковая пластинка.

а б

Рис. 2. Гистотопограмма (№ 5318/7289) 21 день ди-стракции в зоне дополнительной кортикотомии, срок эксперимента - 47 дней: а - проксимальный регенерат, б - дистальный регенерат. Окраска гематоксилином-эозином

Срок фиксации сегмента аппаратом определялся завершением формирования непрерывной корковой пластинки проксимального регенерата и костным сращением отломков на стыке.

Рис. 3. Фрагмент гистотопограммы

При последовательном двухуровневом удлинении отломка большеберцовой кости срок фиксации проксимального регенерата составил 61,6±4,1, дистального - 41,9±4,4 дня. К этому сроку наблюдения соединительно-тканная прослойка регенератов замещалась костной тканью. В регенератах увеличивалась протяженность костной ткани с ячеистой структурой. В основаниях регенератов начинала формироваться ко-стно-мозговая полость. Непрерывная корковая пластинка регенератов толщиной 1-2 мм была связана с корковой пластинкой фрагментов. На стыке отломков определялось костное сращение (рис. 4 а, б).

а б

Рис. 4. Рентгенограммы (№ 5518): 62 дня фиксации проксимального регенерата, 46 дней фиксации дистального регенерата. Срок эксперимента - 88 дней. а - прямая, б - боковая проекции

В конце периода фиксации костные отделы регенератов сливались, доля очажков соединительно-тканной прослойки не превышала в проксимальном регенерате 2,0±0,71%, дистальном -6,5±3,5% (р<0.01).

При гистологическом исследовании отмечена губчатая структура костной ткани проксимального регенерата. По его периферии определялась формирующаяся корковая пластинка шириной 1,8-2 мм. В межтрабекулярных пространствах регенерата содержался жировой костный мозг (рис. 5 а). В дистальном регенерате сформировалась костно-мозговая полость, заполненная жировым мозгом. Корковая пластинка состояла из компактизирующейся губчатой кости. Границы регенерата с концами фрагментов не определялись (рис. 5 б). В перемещенном фрагменте корковая пластинка была утолщена в 2 раза за счет периостальных наслоений, имеющих строение губчатой костной ткани. В костно-мозговой полости содержался жировой мозг (рис. 5 в). Между дистальным перемещенным фрагментом и концом больше-берцовой кости сформировалось костное сращение. В корковой пластинке фрагментов продолжался процесс перестройки, заключающийся в резорбции части каналов и новообразовании остеонов (рис. 6).

После снятия аппарата отмечалась дальнейшая компактизация костной ткани по периферии дистракционных регенератов. Корковые пластинки утолщались до 2 мм, но оставались тоньше пластинок фрагментов. Отмечалось разрежение новообразованной костной ткани в проекции формирующейся костно-мозговой

полости. Периостальные напластования сглаживались, за счет их компактизации отмечалось утолщение корковой пластинки перемещенных фрагментов. Место сращения дистального перемещенного фрагмента с отломком больше-берцовой кости по линии формирующейся костномозговой полости напоминало песочные часы. Единой костно-мозговой полости не прослеживалось.

Рис. 5. Гистотопограмма (№ 1376/7040): а - проксимальный регенерат, б -дистальный регенерат, в -поперечный срез через проксимальный низведенный фрагмент. Окраска гематоксилином-эозином.

Рис. 6. Фрагмент гистотопограммы (№ 1338/7047): новообразованные остеоны в корковой пластинке фрагмента (микрофото, об. 16, ок. 10).

Полная органотипическая перестройка восстановленного костного сегмента завершалась к 6-9 месяцам после снятия аппарата. Ремодели-рование костной ткани сопровождалось спонги-зацией по периферии костных структур дист-ракционных регенератов. Их корковые пластинки толщиной 2 мм и более сливались с корковыми пластинками материнской кости. Граница между старой и новообразованной костью не определялась. Костно-мозговая полость прослеживалась на всем протяжении диафиза большеберцовой кости.

б

а

в

ОБСУЖДЕНИЕ

Последовательное двухуровневое удлинение отломка большеберцовой кости характеризовалось высоким уровнем остеогенеза, причем в формировании дистракционных регенератов принимали участие периостальные и эндосталь-ные структуры кости. Рентгеносемиотика косте-образования в дополнительной зоне регенерации при последовательном удлинении отломка принципиально не отличалось от формирования дистракционного регенерата в зоне основной (проксимальной) кортикотомии.

Изучение процесса регенерации при возмещении дефекта большеберцовой кости последовательным двухуровневым удлинением отломка показало определенную взаимосвязь перестроечных процессов в несвободных фрагментах с образованием дистракционных регенератов, а

именно: формированию регенератов сопутствовала активная перестройка фрагментов. За счет активного периостального остеогенеза происходило утолщение несвободных фрагментов в 1,52 раза, а последующая компактизация перио-стальных наслоений способствовала сохранению прочностных свойств кости на фоне развившегося остеопороза.

Проведенные исследования показали, что последовательное удлинение отломка больше-берцовой кости с образованием дополнительной зоны регенерации, являясь эффективным методом несвободной костной пластики, обеспечивает одноэтапное восстановление анатомической целостности сегмента в более короткий срок.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. 313533 СССР, МКИ3 А 61 В 17/00 Способ замещения дефекта длинной трубчатой кости /Г.А. Илизаров (СССР). - № 1124269/31-1; Заявлено 07.01.67. Опубл. 07.09.71. Бюл. № 27. - С. 8.

2. Стахеев И.А. Реваскуляризация крупных диафизарных костных ауто-, алло и ксенотрансплантатов в условиях стабильного остеосинтеза: Автореф. дис... д-ра мед. наук. - Пермь, 1978. - 32 с.

3. Васкуляризация свободного и несвободного аутотрансплантатов при замещении дефектов трубчатой кости по методикам Илизарова /А.П. Барабаш, А.М. Чиркова, А.С. Ларионов, А.П. Петров // Экспериментально-теоретические и клинические аспекты разработ. В КНИИЭКОТ метода чрескостного остеосинтеза: Тез. докл. Всесоюз. симпозиума. - Курган, 1983. - С. 46-48.

4. Барабаш А.П. Замещение дефектов длинных трубчатых костей по Илизарову: Автореф. дис. д-ра мед. наук. - М., 1985. - 34 с.

5. Ларионов А.А. Васкуляризация большеберцовой кости при возмещении диафизарного дефекта удлинением одного из отломков по методике Г.А. Илизарова //Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. - 1989. - № 11. - С. 21-27.

6. Ларионов А.А. Дистракционный остеосинтез и эволюция костных трансплантатов (эксперим. исследование): Автореф. дис. д-ра мед. наук. - Пермь, 1995. - 31 с.

7. Оноприенко Г.А. Остеосинтез аппаратом Илизарова в лечении последствий травм и ортопедических заболеваний конечностей // Хирургия. - 1984. - № 1. - С. 16-19.

8. Макушин В.Д. Лечение по Илизарову больных с дефектом костей голени: Автореф. дис. д-ра мед. наук. - Пермь, 1987. - 35 с.

9. Куфтырев Л.М. Лечение больных с дефектами бедренной кости методом чрескостного остеосинтеза по Илизарову: Автореф. дис. д-ра мед. наук. - М., 1990. - 33 с.

10. Куфтырев Л.М. Метод Илизарова в системе реабилитации больных с дефектами бедра // Гений ортопедии. - 1995. - № 2. - С. 14-17.

11. Макушин В.Д., Куфтырев Л.М. Результаты многофакторного анализа исходов лечения по Илизарову больных с дефектами костей нижней конечности // Гений ортопедии. - 1995. - № 1. - С. 67-70.

12. А.с. 1526666 СССР, МКИ3 А 61 В 17/56 Способ лечения дефекта кости /В.Д. Макушин, Л.М. Куфтырев (СССР). - 4390380/14; Заявлено 09.03.88; Опубл. 23.05.91. Бюл. № 19.

Рукопись поступила 04.09.99.