Варианты перестройки несвободного костного фрагмента при замещении диафизарного дефекта удлинением кости

©А. А. Ларионов, И. А. Имерлишвили, 1996.

Варианты перестройки несвободного костного фрагмента при замещении диафизарного дефекта удлинением кости

А. А. Ларионов,

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

В эксперименте на 51 взрослой собаке (4 серии опытов), которым возмещали диафизарный дефект большеберцовой кости удлинением отломка, изучалась рентгенологическими и морфологическими методами перестройка перемещаемого фрагмента в зависимости от условий его кровоснабжения и интенсивности образования и минерализации дистракционного регенерата. Денситометрией и планиметрией костного вещества обнаруживалась связь перестройки перемещаемого фрагмента с формированием и трансформацией дистракционного регенерата в губчатую кость. Увеличение количества и минерализации нового костного вещества в регенерате сопровождалось усилением резорбтивных явлений во фрагменте. Остеопороз способствовал рециркуляции в перемещаемом фрагменте и восстановлению в нем русла питательной артерии после выключения остеотомией медуллярного кровоснабжения. Ключевые слова: дистракционный остеосинтез, дефект, регенерация, костная ткань, перестройка.

И. А. Имерлишвили

При лечении больных с дефектами длинных трубчатых костей путем удлинения отломков по Илизарову [1] достигаются положительные исходы в 97,8% [2]. Высокая эффективность методики обеспечивается способностью кости к восстановлению за счет дистракционного регенерата, формирующегося при дозированном перемещении в дефект несвободного костного фрагмента, и высокими пластическими свойствами последнего. Экспериментальные исследования показали восстановление в нем даже внутрикост-ного сосудистого русла [3,4], чего не наблюдается без дистракционного остеосинтеза [5].

Нами была предпринята попытка изуче-

МАТЕРИАЛ И МЕ

В операционной под наркозом (25 мг тио-пентала натрия на 1 кг массы животного) после обработки операционного поля на голень собаки накладывали аппарат Илизарова из 5 колец. Через разрез мягких тканей резецировали участок диафиза берцовых костей длиной 3 см. В дистальный конец проксимального фрагмента внедряли конец ди-стракционно-направляющей спицы, проведенной через внутреннюю лодыжку и костномозговую полость дистального фрагмента. Проксимальный фрагмент поперечно перепиливали проволочной пилкой на расстоянии 4 см от костного дефекта. В I серии опытов (12 собак) линия остеотомии располагалась выше места входа питательной артерии в больше-берцовую кость, а во II серии (23 собаки) она пересекала канальную часть питательной артерии.

В III серии опытов (5 собак) для замедления формирования дистракционного регенерата в межфрагментарное пространство помещали полиэтиленовую пленку, соответ-

ния и объяснения этого феномена с позиции влияния пролонгированного костеобразова-ния при дистракционном остеосинтезе на эволюцию фрагментов кости, связанных с окружающими тканями. С этой целью в эксперименте изучали перестройку несвободного костного фрагмента в зависимости от условий его исходного кровоснабжения и интенсивности костеобразования при удлинении кости.

Исследования были проведены на рентге-но-морфологическом материале от 51 собаки (4 серии опытов), которым замещали диафизарный дефект берцовых костей за счет удлинения костного фрагмента.

ИССЛЕДОВАНИЯ

ствующую по размеру площади торцовой поверхности фрагментов. Операционные раны зашивали. Свободный конец дистрак-ционно-направляющей спицы закрепляли в тракционной приставке. Перемещение несвободного костного фрагмента в дефект начинали с 8-го дня после операции и проводили в течение 35 дней темпом 1 мм в день. После стыковки низведенного фрагмента с дисталь-ным фрагментом большеберцовой кости усиливали жесткость фиксации костей на стыке проведением дополнительной пары перекрещивающихся спиц через перемещенный фрагмент.

В IV серии опытов (11 собак) производили остеотомию обоих костных фрагментов. Перемещение их в дефект перекрещивающимися спицами также начинали с 8-го дня опыта и продолжали 15 дней. Через 60 дней после окончания периода дистракции аппарат снимали и удаляли дистракционно - направляющую спицу. Наблюдение за животными длилось до 1,5 лет. Животных эвтаназировали

внутривенным введением раствора тиопента-ла натрия.

Костеобразование и перестройку несвободного костного фрагмента исследовали рентгенологическими и морфологическими методами. Объективизация рентгеновского изображения костей достигалась денситогра-фией рентгеновских снимков, которую производили на микрофотометре ИФО-451. Цифровые данные выражали в относительных единицах оптической плотности (ОП). Показатель ОП костного вещества в исследуемом участке рентгенограммы после операции принимали за 100% и рассчитывали величину его отклонения от исходного значения. Дополнительно рассчитывали корково -

медуллярный индекс (КМИ), представляющий отношение ОП кортикального слоя к ОП костного вещества в проекции костномозговой полости. Статистическая обработка результатов денситометрии проводилась методом сравнительной оценки [6].

Формирование дистракционного регенерата оценивали количественно планиметрическим показателем, представляющим отношение проекционной площади костной части регенерата к его общей площади, выраженное в процентах. Гистотопографические препараты костей для морфологического исследования готовили по общепринятой методике и окрашивали гематоксилином - эозином и по ван - Гизону.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В I серии опытов при сохранении медуллярного кровоснабжения в несвободном костном фрагменте к 7-му дню после операции в зоне остеотомии проксимального фрагмента рентгенологически обнаруживалась нежная облаковидная тень низкой плотности. Контуры костных фрагментов сохранялись ровными и четкими. Кортикальный слой имел высокую интенсивность изображения. КМИ равнялся 1,3. Морфологически обнаруживалось незначительное диффузное расширение сосудистых каналов кортикальной пластинки. На поверхности ее и в костномозговой полости располагалась мелкопетлистая сеть остеоидных балочек пери-остального и эндостального происхождения, покрытых слоем функционирующих остеобластов.

Дозированное низведение несвободного костного фрагмента в дефект сопровождалось образованием в диастазе дистракционного регенерата, состоявшего из двух костных отделов и соединительнотканной прослойки. Количественная оценка костеобразо-вания характеризовалась постепенным расширением общей проекционной площади дистракционного регенерата и прибавкой в ней костной части. Доля костного вещества увеличивалась с 69,5% на 14-й день дистрак-ции до 92,4% к 28-му дню. Одновременно повышалась степень минерализации новообразованной кости, вызывающая нарастание ее ОП с 73,3±2,8% до 82,5±3,1% (р<0,05).

Перемещаемый фрагмент подвергался перестройке. Рентгеноденситометрические изменения выражались сглаживанием краев опилов, нечеткостью контуров, равномерным снижением интенсивности изображения кортикального слоя, уменьшением ОП на 20,2±3,4% (р<0,05). КМИ уменьшался до 1,1. Морфологически обнаруживалось диффузное расширение большинства сосудистых каналов. Костномозговая полость заполнялась

сетью молодых костных балок. Межбалочные промежутки в костномозговой полости и в периостальных наслоениях заполнялись фиб-роретикулярным и жировым мозгом.

Замещение дефекта завершалось перестройкой дистракционного регенерата в губчатую кость и сращением низведенного фрагмента с дистальным фрагментом боль-шеберцовой кости. Окостенению регенерата сопутствовало расширение площади костного вещества до 96% и повышение его минерализации до 97,5±3,3% (р<0,05). Средняя часть регенерата, соответствующая смыканию костных отделов, имела повышенную до 105 -112% ОП, которая снижалась после образования общей костномозговой полости. Перемещенный фрагмент подвергался дальнейшей перестройке, сопровождавшейся исчезновением линий опилов, резорбцией периостальных наслоений и нарастанием остеопороза. Оптическая плотность кости уменьшалась на 34,3±3,0% (р<0,01). КМИ снижался до 1,0. Морфологически наблюдалась спонгизация кортикальной пластинки, компактизация периостальных наслоений и разрежение сети костных балок в костномозговой полости. В течение одного года новообразованный сегмент приобретал строение, присущее диафи-зу. Восстанавливалась единая костномозговая полость, компактизировалась и утолщалась кортикальная пластинка.

Во II серии опытов при выключении медуллярного кровоснабжения в несвободном костном фрагменте рентгеноденситометрические изменения в нем не отличались от таковых в предыдущей серии опытов накануне дистракции. Морфологически же определялась гибель остеоцитов во внутренних отделах кортикальной пластинки и некроз костного мозга. Кортикальная пластинка сохраняла компактность. В отдельных пристеночных участках костномозговой полости наблюдалось образование единичных остеоид-

Генрйн Щиюпеднн №1, 1996

ных балочек.

Особенности формирования дистракци-онного регенерата у животных этой серии опытов явились основанием для их разделения на две группы. В первую группу (15 собак) были включены животные, у которых наблюдалось преобладание эндостального костеобразования со стороны проксимального фрагмента, за счет чего широкая соединительнотканная прослойка смещалась к перемещаемому фрагменту [7]. Доля костного вещества в регенерате прибавлялась медленно. Планиметрический показатель новообразованной кости с 22,1% на 14 день дистрак-ции увеличивался до 60,7% к 30 дню.

Перемещенный фрагмент претерпевал незначительные изменения в виде резорбции краев опилов и снижения четкости изображения контуров. Показатель ОП в проекции костномозговой полости достоверно не отличался от исходной величины. КМИ не изменился. Морфологически определялась компактная кортикальная пластинка, покрытая местами периостальными наслоениями. Сосудистые каналы в субпериостальной зоне были умеренно расширены. Вокруг них сохранились жизнеспособные остеоциты. Субмедуллярные же отделы кортекса были представлены безостеоцитной костью. Костномозговая полость частично заполнялась мелкопетлистой сетью костных балочек. В межбалочных пространствах обнаруживались облитерированные ветви питательной артерии. Просвет отдельных артерий мелкого калибра был заполнен плазмой.

Сращению низведенного фрагмента с фрагментом большеберцовой кости сопутствовали увеличение количества костного вещества в дистракционном регенерате и перестройка его в губчатую кость. Параллельно усиливались перестроечные процессы в перемещенном фрагменте в виде резорбции костного вещества, приводящей к снижению его ОП на 19,0±2,4% (р<0,05). Морфологически определялась спонгиозная кортикальная пластинка, покрытая губчатыми периостальными наслоениями. На стенках расширенных сосудистых каналов откладывался тонкий слой молодой кости. Кортикальная пластинка пронизывалась периостально - медуллярными артериальными анастомозами. Костномозговая полость содержала редкие атро-фичные костные балки и обширные поля соединительной ткани с очагами фиброрети-кулярного и жирового мозга. В отдельных облитерированных ветвях питательной артерии обнаруживались "столбики" эритроцитов, указывающие на восстановление кровотока в прежнем сосудистом русле. После снятия аппарата в течение одного года наблюдалось ремоделирование костных структур диафиза. Старая костная основа замещалась

новой костью. Восстанавливался магистральный тип внутрикостного кровоснабжения кости на уровне перемещенного фрагмента.

Вторую группу (8 собак) этой серии опытов составляли животные с равномерным формированием дистракционного регенерата от обоих костных фрагментов. Планиметрический показатель костеобразования увеличивался с 50,6% на 14 день дистракции до 73,0% к ее концу. Восстановление анатомической целостности кости сопровождалось более выраженным остеопорозом перемещенного фрагмента. Показатель ОП его костного вещества снижался на 26,3±3,4% (р<0,01). КМИ уменьшался до 1,0.

В III серии опытов после интерпозиции полиэтиленовой пленки в межфрагментарное пространство образование дистракционного регенерата значительно замедлялось в сравнении с предыдущими сериями опытов. Количественная характеристика костеобразования заключалась в увеличении площади костной части регенерата до 34,6% к окончанию дистракции. ОП новообразованной кости не превышала 61,0%. Перемещаемый несвободный фрагмент мало изменялся: края опилов закруглялись, на поверхности кортикального слоя имелась периостальная реакция. ОП незначительно увеличивалась в проксимальном отделе. КМИ оставался прежним. После стыковки перемещенного фрагмента с костями голени между ними формировалось костное сращение. Костеобразование в диастазе характеризовалось увеличением площади новообразованного костного вещества только до 50%. ОП его не увеличивалась. Морфологически обнаруживалось, что костные части регенерата разделялись широкой соединительнотканной прослойкой, не имевшей четкой ориентации своих волокон. Апикальные концы их покрывались тонкой замыкатель-ной пластинкой. Кортикальная пластинка перемещенного фрагмента была умеренно порозной в периферических отделах, а в центральных — сохраняла свою компактность. Остеоциты в ее составе сохранились в виде небольших групп возле отдельных умеренно расширенных сосудистых каналов. В костномозговой полости выявляются редкие артерии мелкого калибра. Костномозговые пространства заполнялись частично некроти-зированным мозгом с участками пролиферации скелетогенной ткани в пристеночных отделах.

В IV серии опытов костеобразование на проксимальном и дистальном уровнях удлинения отломков развивалось однотипно. Рентгеноденситометрическая картина и планиметрические показатели формирования дистракционных регенератов принципиально не отличались от количественной оценки

остеорепарации у животных второй группы II серии опытов. Перестройка несвободных костных фрагментов, перемещаемых навстречу друг другу, развивалась одинаково, на что указывало отсутствие достоверных различий в их ОП и КМИ.

Сравнительное рентгено - морфологическое изучение изменений несвободного костного фрагмента при замещении диафизарно-го дефекта берцовых костей их удлинением по Илизарову выявило различные варианты перестройки перемещаемого фрагмента в зависимости от условий кровоснабжения и интенсивности костеобразования. Сохранением медуллярного кровоснабжения в несвободном фрагменте (I серия опытов) обеспечивались жизнеспособность остеоцитов и высокая регенеративная активность костеобра-зующих элементов при дистракции. Формирование дистракционного регенерата происходило равномерно от обоих фрагментов и сопровождалось увеличением планиметрического показателя новообразованной кости до 92,4%. Перестройка фрагмента осуществлялась на фоне рано проявляющегося и прогрессирующего остеопороза. Денситометри-ческий показатель ОП фрагмента снижался на 34,3±3,0 (р<0,01). Развитие максимального остеопороза отмечалось в период перестройки регенерата в губчатую кость. Этому соответствовало наибольшее повышение количества новообразованного костного вещества и степени его минерализации, что указывает, по нашему мнению , на связь остеопороза с пролонгированным костеобразованием. С данным положением согласуются сообщения о повышении концентрации паратиреоидно-го гормона и кальция в крови при дистрак-ционном остеосинтезе [8, 9, 10].

Влияние пролонгированного костеобразования на развитие резорбтивных процессов в кости подтверждалось и динамикой перестройки несвободного костного фрагмента во II серии опытов. При выключении в нем медуллярного кровоснабжения изменялось течение остеорепарации. Формирование ди- ^

стракционного регенерата у части животных замедлялось и характеризовалось низким (до 60,7%) планиметрическим показателем. Замедленному костеобразованию сопутствовали незначительные изменения перемещаемого фрагмента, которые усиливались при нарастании количества новообразованной кости в период фиксации и приводили к снижению его ОП на 19,0±2,4% (р<0,05). Кортикальная пластинка приобретала спонгиозную структуру, а безостеоцитные участки замещались новой костью. У животных с относительно равномерным образованием дистракционного регенерата и планиметрическим показателем до 73% изменения фрагмента происходили на фоне значительного остеопороза и завершались органотипической перестройкой.

Моделирование одновременного выключения медуллярного кровоснабжения в . несвободном костном фрагменте и замедления формирования дистракционного регенерата (III серия опытов) препятствовало перестройке перемещаемого фрагмента и восстановлению его внутрикостного кровотока по магистральному типу. Однотипное формирование дистракционных регенератов на разных уровнях удлинения кости (IV серия опытов) сопровождалось одинаковой перестройкой перемещаемых несвободных костных фрагментов.

Результаты рентгено-морфологического исследования изменений несвободного костного фрагмента при замещении дефекта удлинением кости позволяют думать о зависимости исходов перестройки перемещаемых костных фрагментов от активности и продолжительности костеобразования. Ре-зорбтивные явления в кости усиливаются с увеличением количества и минерализации новообразованного костного вещества. Структурные изменения кости (спонгизация) при дистракционном остеосинтезе способствуют рециркуляции по ранее существующему внутрикостному руслу несвободных костных фрагментов, что обеспечивает их высокие пластические свойства.

ЛИТЕРАТУРА

1. A.c. 313533 СССР, МКИ3 А61 В17 / 00. Способ замещения дефекта длинной трубчатой кости / Г.А. Илизаров (СССР). — № 1124269/31 - 16; Заявлено 07.01.67; Опубл. 07.09.71, Бюл. № 27. — С. 8.

2. Макушин В.Д.. Куфтырев Л.М. Лечение костных дефектов по Илизарову // Эксперим. - теорет. и клин, аспекты, разра-бат. в КНИИЭКОТ метода чрескост. остеосинтеза: Тез. докл. Всесоюз. симпозиума с участ. иностр. специалистов. — Курган, 1983. —С. 127-129.

3. Ларионов A.A. Васкуляризация большеберцовой кости при возмещении диафизарного дефекта удлинением одного из отломков по методике Г.А.Илизарова // Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. — 1989. — № 11. — С.21-26.

4. Ларионов A.A., Имерлишвили И.А. Возможности свободной костной пластики с дистракционным остеосинтезом при замещении дефекта длинной трубчатой кости // Вестник хирургии им. И.И. Грекова. — 1991. — № 2. — С.74-78.

5. Проскура В.В. Сосудистое русло отломков двойного перелома длинной кости в эксперименте // Эксперим. - теорет. и клин, аспекты чрескост. остеосинтеза, разрабат. в КНИИЭКОТ: Тез. докл. Международной конф. — Курган. 1986. — С.130-131.

6. Ойвин И.А. Статйстическая обработка результатов экспериментальных исследований // Пат. физиология. — 1960. — № 4. — С.76-85.

7. Барабаш А.П., Ларионов A.A. Роль механических и биологических факторов в образовании костной ткани при замещении дефектов трубчатых костей методом билокального дистракционно-компрессионного остеосинтеза по Илизарову

// Лечение ортопедо-травматол. больных в стационаре и поликлинике методом чрескост. остеосинтеза, разработ. в КНИИЭКОТ: Тез. докл. Всесоюз. науч. - практ. конф. — Курган, 1982. — Ч. 11. — С. 155-158.

8. Изучение репаративного костеобразования в условиях чрескостного остеосинтеза по Г.А. Илизарову радиоизотопными методами / А. А. Свешников, Т. П., Березовская, А. В.Попков, J1. А. Смотрова и др. //Эксперим. - теорет. и клин, аспекты чрескост. остеосинтеза, разрабатываемого в КНИИЭКОТ: Тез. докл. Международной конф. — Курган, 1986. — С. 136-137.

9. Клинико-биохимические показатели у больных при удлинении конечности по Илизарову / В. Н.Матвеенко, А. В.Попков, С. Н.Лунева, M. Е. Матвеенко // Ортопед, травматол. — 1989. — № 4. — С.35-38.

10. Ларионов А. А., Офицерова Н. В. Некоторые аспекты нейрогормональной регуляции костеобразования при чрескост-ном остеосинтезе // Травматология и ортопедия России. — 1994. —№2. —С. 121-129.

Рукопись поступила 18.10.95 г.

Е F О R Т

ril 24-27, 1997

III КОНГРЕСС ЕВРОПЕЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ НАЦИОНАЛЬНЫХ АССОЦИАЦИЙ ОРТОПЕДИИ И ТРАВМАТОЛОГИИ

III CONGRESS OF THE EUROPEAN FEDERATION OF NATIONAL ASSOCIATIONS OF

ORTHOPAEDICS AND

TRAUMATOLOGY

Congress Organizer:

Prof. Antonio Navarro Quilis

Cátedra Traumatología y COT.

Hosp. Univ. de Traumatología y Rehabilitación.

Vail d'Hebron. Barcelona

SOCIEDAD ESPAÑOLA DE CIRUGÍA ORTOPEDICA l Y TRAUMATOLOGÍA

Organizing Secretary: GRUPO GEYSECO Muntaner, 77 Barcelona 08011 (Spain) Phone: 34 3 453 92 89 / 451 08 86 Fax: 34 3 453 24 94