Морфофункциональная характеристика мышц голени при удлинении ее с высокой дробностью и в разное время суток

© Группа авторов, 2001

Морфофункциональная характеристика мышц голени при удлинении ее с высокой дробностью и в разное время суток

Н.К. Чикорина, С.А. Ерофеев, М.С. Сайфутдинов, А.А. Шрейнер

Morphofunctional characteristic of muscles of the leg in the process of its lengthening using high dividing and different time of day

N.K. Chikorina, S.A. Yerofeyev, M.S. Saifutdinov, A.A. Shreiner

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

Как при дробной ручной подкрутке, так и автоматической дистракции в разное время суток на протяжении всего эксперимента не было выраженных нарушений функционального состояния удлиняемой конечности. Степень снижения по сравнению с исходными величинами средних значений амплитуды М-ответа мышц голени во всех сериях эксперимента имела несущественные различия. В мышцах экспериментальных животных происходили однотипные изменения, характеризующиеся репаративной регенерацией поврежденных внутриклеточных структур. Несмотря на индивидуальные вариации, каких-либо существенных различий между опытными сериями не обнаружено Реакция мышц на дистракцию мало зависит от изменения её режимов в рамках выбранных диапазонов.

Ключевые слова: удлинение конечности, время суток, дробность дистракции, мышца, морфология, электромиография.

There were no marked disorders of functional status of the limb being lengthened in case of both divided manual adjustment and automatic distraction in different time of day throughout the experiment. Insignificant differences were noted in the decrease degree of the mean amounts of M-response amplitude of the leg muscles in all the experimental series. Changes of the same type, which were characterized by reparative regeneration of the involved intracellular structures, took place in the experimental animals' muscles. In spite of individual variations, no significant differences between the experimental series were found. The response of the muscles to distraction is of little dependence upon changing of its modes within the ranges selected.

Keywords: limb lengthening, time of day, distraction division, muscle, morphology, electromyography.

Поиск оптимальных режимов дистракцион-ного остеосинтеза является одной из актуальных задач современной ортопедии При удлинении конечностей окружающие кость мягкие ткани, и в частности мышцы, подвергаются длительному растяжению. В ранее проведенных нами исследованиях [1, 2, 3] было показано, что наиболее благоприятные условия для мышц удлиняемой конечности создаются при круглосуточном удлинении с режимом 1 мм за 60 приемов с помощью автоматических дистракто-ров. Хронобиологическими исследованиями [4] установлено, что регуляция клеточных делений в нормальных тканях проявляется строгой упорядоченностью их во времени в виде суточного

ритма: на протяжении 24-часового периода происходят закономерные подъемы и спады числа митотически делящихся клеток. Циркадные ми-тотические ритмы, связанные со сменой светлых и темных отрезков суток, с периодичностью работы органов и деятельностью гормональных систем, обнаружены во всех тканях, где происходит репродукция клеток. Учитывая данное положение, а также отсутствие исследований мышечной ткани при дистракционном остеосинтезе с учетом суточных биоритмов, нами предпринято настоящее исследование по изучению состояния мышц конечности, удлиняемой в разное время суток и с разной дробностью дистракции.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Эксперименты выполнены на 30 взрослых беспородных собаках, которым после закрытой флексионной остеоклазии большеберцовой кос-

ти в средней трети проводили удлинение голени с темпом 1 мм в сутки, но с разной дробностью и в разное время суток. В первой серии удлине-

ние проводили с восьмикратной дробностью по 0,125 мм за одну подкрутку гаек на стержнях с 8-00 до 20-00, во второй - в тот же период времени, но с шестидесятикратной дробностью с помощью автодистракторов и в третьей серии удлинение проводили с 20-00 до 8-00 автодист-ракторами с шестидесятикратной дробностью.

В ходе экспериментов осуществляли клинические наблюдения за функциональным состоянием удлиняемой конечности. Электрофизиологические исследования с использованием стимуляционной электромиографии (ЭМГ) по общепринятой методике [5] в модификации, предложенной А.П. Шеиным, проводили под внутривенным барбиту-ратовым наркозом до начала эксперимента, в конце периода дистракции (на 28 сутки), в процессе фиксации и через 30 дней после снятия аппарата. Вызванную биоэлектрическую активность (М-ответы) мышц голени получали в результате раздражения седалищного нерва через игольчатый электрод прямоугольными импульсами длительностью 1 мс с заведомо супрамаксимальной амплитудой и регистрировали с помощью ЭМГ-системы БКА-1500 (фирма "БАЧТЕС", Дания) через монополярные электроды с модифициро-

ванными отводящими поверхностями в виде игл. Активный полюс электрода вводили в брюшко тестируемой мышцы, а индифферентный - под кожу в области сухожилия. Из-за малого объёма анализируемых выборок статистическую значимость наблюдаемых изменений амплитуды М-ответа и её различия между сериями оценивали с использованием непараметрического критерия Манна-Уитни.

Животных выводили из опыта внутривенным введением летальных доз барбитуратов через 28 дней дистракции, 30 дней фиксации и 30 дней после снятия аппарата. Проводили морфологические исследования передней боль-шеберцовой и икроножной мышц удлиняемой и контралатеральной голени, изучали образцы из верхней, средней и нижней третей мышц на световом и ультраструктурном уровнях. Для гистологического исследования парафиновые срезы окрашивали гематоксилином-эозином и по методу Ван-Гизона. Для электронно-микроскопического изучения материал обрабатывали по общепринятой методике и просматривали в микроскопе фирмы "ДЖЕОЛ".

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При клинических наблюдениях за животными мы не выявили существенной разницы в функциональном состоянии удлиняемой конечности на этапах эксперимента в изучаемых сериях опытов. Через 14 дней дистракции у собак определялся умеренный отек голени, они приступали на оперированную конечность при ходьбе. К концу дистракции (28 дней) в большинстве опытов отека не было, только в отдельных случаях он был слабо выражен в верхней трети голени. Также в большинстве наблюдений животные пользовались удлиненной конечностью, приступая на нее в стойке или при ходьбе. При этом не было отмечено значительных ограничений движений в суставах: в коленном определялась умеренная сгиба-тельная контрактура, амплитуда движений составляла 80°-90° (норма 100°-110°), в голеностопном - в пределах 30°-50° (норма 90°). В опытах с автодистракцией положение стопы, как правило, было близко к физиологическому. В серии с восьмикратной дробностью дистракции в 5 наблюдениях стопа была близка к эквинусному положению, в 4-х - сохранялась ее физиологическая установка. В период фиксации все собаки практически полностью нагружали оперированную конечность, амплитуда движений в коленном суставе приближалась к норме и составляла 90°-100°, в голеностопном суставе сохранялось ограничение амплитуды движений - 50°-60°. После снятия аппарата функция коленного сустава не отличалась от исходных значений, животные в полном объеме пользовались оперированной конечностью.

Проведенные электрофизиологические и морфологические исследования показали, что к 28-му дню дистракции во всех сериях эксперимента в мышцах происходят идентичные изменения.

Амплитуда М-ответов икроножной и передней большеберцовой мышц удлиняемой конечности экспериментальных животных снижается (таблица 1) по сравнению с дооперационным уровнем (Р<0,05). Причем степень этого снижения имеет близкие значения во всех сериях (Р>0,05). Для икроножной мышцы оно составило в первой серии 60,2%; во второй - 58,7%; а в третьей - 67,9% от исходного уровня. Для передней большеберцо-вой мышцы величины снижения составили соответственно 45,3%, 48,8% и 54,4%. При этом вариативность параметра возросла только для передней большеберцовой мышцы в первой серии.

Гистологические исследования показали, что при компактном расположении мышечных волокон в большинстве пучков и их нормальной гистоструктуре, а также сбалансированном наличии красных и белых волокон встречаются участки деструкции миофибрилл (при сохранной сарколемме), содержащие многочисленные многоядерные симпласты (рис. 1). Миосателли-тоциты, располагающиеся в дубликатуре сарколеммы, находятся в неактивном состоянии. В эндомизии присутствует много капилляров (рис. 2). Вокруг отдельных артериол встречаются лимфоидно-плазмоцитарные инфильтраты. Указанные изменения более выражены в первой и третьей сериях опытов.

Таблица 1.

Изменения средних значений (М+т) амплитуды (мВ) вызванной биоэлектрической активности мышц голени при ее удлинении с разными режимами в эксперименте

Сроки тестирования m.gastrocnemius m.tibialis anterior

N M+m V n M+m V

До операции 14 32,0+2,9 33,3 14 22,6+1,3 21,7

1. Серия с дистракцией в ритме 1 за 8

28 дней дистракции 6 12,8+1,4 32,6 6 12,4+1,7 39,1

30 дней фиксации 6 14,2+1,5 26,7 7 13,4+1,7 33,8

30 дней без аппарата 2 14,3+1,3 12,4 2 10,5+5,7 76,9

2. Серия с дистракцией в ритме 1 за 60

28 дней дистракции 7 13,2+0,9 17,3 7 11,4+0,9 20,6

30 дней фиксации 3 14,7+0,9 10,4 3 11,0+2,0 31,5

30 дней без аппарата 2 14,0+3,0 30,3 2 11,8+1,3 15,0

3. Серия с дистракцией в ритме 1 за 60

28 дней дистракции 12 10,3+1,0 26,7 12 10,3+0,8 25,5

30 дней фиксации 6 12,1+2,2 10,9 6 12,0+1,3 26,5

30 дней без аппарата 4 15,0+1,3 17,0 4 10,6+0,9 17,8

Примечание: V - коэффициент вариации, равный отношению среднего квадратического отклонения к средней арифметической, выраженный в процентах.

Рис. 1. Мышечный симпласт в передней больше-берцовой мышце через 28 дней дистракции при удлинении голени в режиме 1 мм за 8 приемов. Гематоксилин-эозин. Ок. 10. Об. 16.

Рис. 2. Обильная васкуляризация скелетной мышечной ткани через 28 дней дистракции при удлинении в дневном режиме 1 мм за 60 приемов. Окраска по Ван-Гизону. Ок. 10. Об. 40.

На ультраструктурном уровне в большинстве мышечных волокон изменений нет. В части

волокон определяется дискомплексация сарко-меров, дезориентация и расширение цистерн саркотубулярной системы. Ядра имеют извилистую кариолемму, крупные ядрышки и конденсированный хроматин. Трубочки и цистерны аппарата Гольджи расширены. Под сарколеммой встречаются миелиновые фигуры и множество мелких митохондрий с электронноплотным матриксом. На отдельных участках мышечных волокон наблюдается очаговый лизис миофиб-рилл. В большинстве мышечных волокон при сохранной ультраструктуре локомоторного аппарата и саркотубулярной системы увеличивается плотность расположения межфибриллярных митохондрий. В части волокон наблюдается активизация миофибриллогенеза в околоядерных участках саркоплазмы и на концах волокон (рис. 3).

Рис. 3. Электронограмма. Агрегация полирибосом и биосинтез миофиламентов в околоядерной зоне мышечного волокна через 28 дней дистракции при удлинении голени в режиме 1 мм за 8 приемов. х30 000.

Постепенное восстановление амплитуды вызванной биоэлектрической активности икроножной и передней большеберцовой мышц во всех сериях экспериментов начинается уже в период фиксации. Для икроножной мышцы оно более выражено в первой и второй сериях. При этом вариативность параметра сокращается во всех случаях, за исключением передней боль-шеберцовой мышцы во второй серии.

Через 30 дней фиксации голени в аппарате в большинстве мышечных волокон обеих мышц второй серии опытов гистологических изменений нет (рис. 4).

Рис. 4. Участок нормальной гисто-структуры мышечных волокон передней большеберцовой мышцы через 1 месяц фиксации голени в аппарате при удлинении 1 мм за 60 приемов. Гематоксилин-эозин. Ок. 10. Об. 40.

На отдельных участках отмечается неравномерное распределение мышечных ядер. В первой и третьей сериях в мышцах встречаются единичные очаги деструкции скелетной мы-

Рис. 5. Электронограмма. Активизированный участок саркоплазмы внутри мышечного волокна через 1 месяц фиксации голени в аппарате при удлинении в ночном режиме 1 мм за 60 приемов. х30 000.

шечной ткани в сочетании с "общей" активизацией собственных мышечных ядер, многочисленными миосимпластами и мышечными трубочками. Вокруг отдельных артериол обнаруживаются лимфоидно-плазмоцитарные инфильтраты. Нервные стволики и нейромышеч-ные веретена сохранены.

На ультраструктурном уровне во всех сериях опытов в мышечных волокнах наблюдается "тотальная" цитодифференцировка внутриклеточных структур (и в предсуществующих волокнах I и II типов, и в молодых мышечных волокнах) (рис. 5, 6).

На 30 сутки после снятия аппарата М- ответы мышц голени оперированной конечности остаются сниженными в первой серии для икроножной на 55,5% и передней большеберцовой на 53,5%; во второй серии соответственно на 56,3% и 48,1%, а в третьей серии 53,1% и 53,2% по сравнению с исходным уровнем. Все различия между сериями статистически не значимы (Р>0,05).

Гистологическое строение скелетной мышечной ткани остается довольно неоднородным. На фоне большинства неизмененных мышечных волокон в отдельных пучках встречаются волокна различной толщины и с разным содержанием ядер. Наблюдается усиленная вас-куляризация стромы.

На ультраструктурном уровне в дифференцирующихся мышечных волокнах отмечается обильное содержание межфибриллярных митохондрий (рис. 7). В первой серии наблюдается активизация миосателлитоцитов (рис 8).

Рис. 6. Электронограмма. Цитодифференцировка молодого мышечного волокна через 1 месяц фиксации голени в аппарате при удлинении в дневном режиме 1 мм за 60 приемов. х60 000.

Рис. 7. Электронограмма. Большое содержание межфибриллярных митохондрий в мышечных волокнах икроножной мышцы через 1 месяц после снятия аппарата при удлинении в дневном режиме 1 мм за 60 приемов. х30 000.

Рис. 8. Электронограмма. Два активизированных мио-сателлитоцита. Агрегация клеточных мембран свидетельствует о готовности клеток к выделению из состава мышечного волокна. Через 1 месяц после снятия аппарата. Режим дистракции 1 мм за 8 приемов. х50 000.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Проведенные исследования показали, что как при дробной ручной подкрутке (1мм за 8 приемов), так и при автоматической дистракции в разное время суток (1мм за 60 приемов) на протяжении всего эксперимента не было выраженных нарушений функционального состояния удлиняемой конечности.

Во всех сериях эксперимента степень снижения по сравнению с исходными величинами средних значений амплитуды М-ответа мышц голени в период дистракции имела несущественные различия. К концу периода дистракции в мышцах превалируют восстановительные процессы над деструктивными.

В процессе фиксации голени в аппарате М-ответы тестированных мышц начинают постепенно увеличиваться, в большей степени в первой и во второй серии и в меньшей степени в третьей. По ультраструктурным признакам мышца еще не возвращается к первоначальному строению.

После снятия аппарата биоэлектрическая активность мышц голени остается сниженной. Физическая нагрузка на конечность вызывает

появление новых очагов перестройки ткани, что компенсируется дополнительным генезом внутриклеточных структур миона и продолжающейся дифференцировкой мышечных волокон в зрелые единицы. Интенсивность деструктивно -репаративных процессов более выражена в передней большеберцовой мышце, как подвергающейся большему растяжению.

Таким образом, при удлинении голени с высокой дробностью и в разное время суток в мышцах экспериментальных животных происходят однотипные изменения, характеризующиеся репаративной регенерацией поврежденных внутриклеточных структур. Несмотря на индивидуальные вариации, каких-либо существенных различий между опытными сериями не обнаружено, реакция мышцы на дистракцию мало зависит от изменения её режимов в рамках выбранных диапазонов, поскольку величина одномоментного удлинения не превышает ранее эмпирически найденный критический порог травматизации [6].

ЛИТЕРАТУРА

1. Состояние сосудистого бассейна мышц конечности при разных режимах удлинения (морфофункциональное исследование) / В.И. Шевцов, С.Н. Асонова, А.Д. Нумов, С.А. Ерофеев и др. // Гений ортопедии. - 1997. - № 2. - С. 5-12.

2. Теоретические аспекты дистракционного остеогенеза. Значение режима дистракции / А.А. Шрейнер, С.А. Ерофеев, М.М. Щуд-ло и др. // Гений ортопедии. - 1999. - N° 2. - С. 13-18.

3. Шевцов В.И., Чикорина Н.К., Ерофеев С.А. Гистологический анализ морфологических проявлений в скелетных мышцах экспериментальных животных при удлинении голени по Илизарову // Гений ортопедии. - 1999. - № 2. - С. 72-76.

4. Ефимов М.Л. и др. Суточная хронобиология и хронотерапия опухолей / М.Л. Ефимов, Г.С. Васильева, В.Р. Коваленко, Н.Т. Имангалиева. - Алма-Ата: Казахстан, 1985. - 128 с.

5. Байкушев С. и др. Стимуляционная электромиография и электронейрография в клинике нервных болезней / С. Байкушев, Э.Х. Манович, В.П. Новикова. - М.,1974. - 143 с.

6. Значение величины разового удлинения для состояния двигательной функции удлиняемой конечности: Тез. докл. междунар. юбил. науч.-практ. конф. / М.С. Сайфутдинов, С.А. Ерофеев, Н.Р. Карымов и др. // Гений ортопедии. - 1996. - № 2-3. - С. 141.

Рукопись поступила 03.01.01.