Стерео- и морфологический анализ состояния передней большеберцовой мышцы при удлинении голени аппаратом Илизарова в режиме - 0,125 мм 8 раз в день

© Группа авторов, 2000

Стерео- и морфологический анализ состояния передней большеберцовой мышцы при удлинении голени аппаратом Илизарова в режиме - 0,125 мм 8 раз в день

Н.К. Чикорина, Г.Н. Филимонова, С.А. Ерофеев, А.А. Шрейнер

Stereo- and morphologic analysis of the anterior tibial muscle status during leg elongation with the Ilizarov apparatus by 0,125

mm for 8 times a day

N.K. Chikorina, G.N. Filimonova, S.A. Yerofeyev, A.A. Shreiner

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

Методами морфологического и стереометрического анализа препаратов передней большеберцовой мышцы получены объективные количественные данные процессов, происходящих в исследуемой мышце при 8-кратной ручной дистракции с темпом 1 мм в день. Показано, что интенсификация кровоснабжения мышц приводит к сбалансированному увеличению числа капилляров и мышечных волокон, свидетельствующему об активизации адаптационно - приспособительных механизмов сохранения структуры органа.

Ключевые слова: эксперимент, передняя большеберцовая мышца, стереометрия, морфология, режим дистракции, функциональное состояние.

Objective quantitative data of the processes, occurring in the anterior tibial muscle during manual distraction by 1 mm for 8 times per day, have been obtained, using methods of morphologic and stereometric analysis of preparations of the studied muscle. It is demonstrated, that intensification of muscular blood supply leads to balanced increase of capillaries and muscular fibers in number, thereby showing activation of adaptive mechanisms for organic structure preservation. Keywords: experiment, anterior tibial muscle, stereometry, morphology, mode of distraction, functional condition.

Одним из вопросов дистракционного остео-синтеза по Илизарову является выбор оптимального темпа и ритма дистракции. В исследованиях, проведенных ранее [1-3], рассматривались вопросы ангиоархитектоники, морфологии микроциркуляторного русла, функционального состояния удлиняемой конечности в режимах 1 мм за 1 раз, 0,25 мм х 4 раза = 1 мм, 0,017 мм х 60 раз = 1 мм. В некоторых трудах

использовался метод стереометрического анализа [4, 5]. Целью данной работы явилось сопоставление морфометрических и морфологических изменений, происходящих в передней большеберцовой мышце после удлинения конечности по методу Илизарова в режиме ручной подкрутки при восьмикратной дробности дист-ракции.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперимент проведен на 9 взрослых беспородных собаках, которым через 5 дней после закрытой флексионной остеоклазии проводили дистракцию с темпом 1 мм в сутки по 0,125 мм 8 раз в течение дня.

Исследования проводились через 14 и 28 суток дистракции, 30 суток фиксации голени в аппарате и 30 суток после снятия аппарата. На протяжении всего эксперимента проводили наблюдения за функциональным состоянием удлиняемой конечности. Переднюю большебер-

цовую мышцу исследовали в верхней, средней и нижней трети ее брюшка, стереологический анализ проводили на поперечных срезах свежезамороженной мышечной ткани, изготовленных на микротоме - криостате МК-25ТУ64-1-856-78 с последующей обработкой препаратов кальций - кобальтовым методом по Padycula, Herman в модификации З. Лойда, 1982 г. [6]. Контролем служили аналогичные препараты передней большеберцовой мышцы интактных взрослых собак. На проекцию поперечных срезов мышцы

при увеличении "Визопана" х 480 накладывали стандартную тестовую решетку коротких отрезков с параметрами: Рт = 156 - число тестовых точек, 1т = 78 - число тестовых отрезков, Ьт = 78 см - длина тестовой линии. Определяли следующие первичные параметры: относительный объем капилляров, мышечных волокон и соединительной ткани в единице тестового объема мышц (объемная плотность), относительную площадь поверхности мышечных волокон и капилляров в единице тестового объема мышц (поверхностная плотность), число профилей мышечных волокон и капилляров в поле зрения среза (численная плотность мышечных волокон и капилляров). По известным формулам [7]

рассчитывали вторичные стереологические параметры: радиус диффузионного цилиндра (радиус цилиндра мышечного волокна, снабжающегося одним капилляром), минимальное межкапиллярное расстояние, отношение периметра капилляров к периметру мышечных волокон и отношение числа микрососудов к числу мышечных волокон в поле зрения среза. Достоверность различий оценивали по критерию Стьюдента и парному критерию Вилкоксона.

Гистологические исследования проводили с помощью светового микроскопа на парафиновых срезах, окрашенных гематоксилин-эозином и по методу Ван-Гизона.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На протяжении всего эксперимента мы не отмечали выраженнного нарушения функционального состояния удлиняемой конечности. Через 14 дней дистракции у собак определялся умеренный отек голени, они приступали на оперированную конечность при ходьбе. В коленном суставе только в трех опытах из девяти отмечали снижение амплитуды движений на 10° - 20°, в голеностопном (скакательном) суставе в шести опытах амплитуда движений была снижена до 50° - 60° (при норме 90°), в трех - до 30°, при этом стопа была в физиологическом положении. К концу дистракции (28 дней) в большинстве опытов (4) отека не было, в 3 -х - он был умеренный в верхней трети голени. В 4-х случаях животные пользовались удлиненной конечностью, приступая на нее в стойке или при ходьбе, в трех опытах - щадили, поджимали конечность к животу. При этом не было отмечено значительных ограничений движений в суставах: в коленном определялась умеренная сгибательная контрактура, амплитуда движений составляла 80°-90° (норма 100°-110°), в голеностопном - в пределах 30°-50° (норма 90°); в 4-х опытах положение стопы было близко к эквинусному, в 3-х - сохранялась ее физиологическая установка. В период фиксации собаки практически полностью нагружали оперированную конечность, амплитуда движений в коленном суставе приближалась к норме и составляла 90°-100°, в голеностопном суставе сохранялась ограниченность амплитуды движений - 50°-60°. Такое состояние в этом суставе было и после снятия аппарата: функция коленного сустава не отличалась от исходных значений, животные в полном объеме пользовались оперированной конечностью.

Основной стереологический параметр - отношение капилляр/мышечное волокно - оценивает капилляризацию мышц и, как следствие, снабжение их кислородом, являясь видовой

константой. Этот параметр максимально возрастает на 14 день дистракции, составляя 126% от контроля (Р<0,001), что свидетельствует об улучшении оксигинации мышц. К 28 дню дистракции видовая const возвращается к контрольному уровню, отличаясь недостоверно от последнего (рис. 1а). Данный факт наблюдался в исследуемом режиме дистракции и не отмечался при других режимах [4]. При этом увеличивается число мышечных волокон меньшей по сравнению с контролем толщины, которые содержат множество крупных собственных ядер с просветленной кариоплазмой, идентифицированных нами как новообразованные. В строме органа наблюдается оживленная сосудистая реакция. Характер изменения численной плотности мышечных волокон и капилляров имеет свои особенности, которые также отражает const капилляр/мышечное волокно, являясь показателем процессов роста. Число мышечных волокон в поле зрения среза составляет 244,6% от контрольного значения, (рис. 2в) а число микрососудов достигает своего максимума - 246,1% от контроля (рис. 3в). Из этого следует, что процесс репаративной регенерации капилляров и мышечных волокон в исследуемом режиме осуществляется сбалансированно в периоде дистракции, приближаясь к модели естественного роста мышцы млекопитающих в онтогенезе [8].

Через 30 дней фиксации голени в аппарате наблюдается максимальное увеличение численной плотности мышечных волокон, составившее 286,1% от контрольного уровня (рис. 2в). Количество микрососудов в поле зрения среза составляет 222,8% от интактной серии, уменьшаясь по сравнению с периодом дистракции в 1,1 раза (рис. 3в). Таким образом, const капилляр/мышечное волокно снижается относительно 28 дня дистракции и интактной серии в 1,3 раза, составив 78,1% от контрольного значения

(рис. 1а).

Через месяц после снятия аппарата гистологическая картина структуры скелетной мышечной ткани остается неоднородной. Наблюдаются мышечные волокна различной толщины и заполненности собственными ядрами. Однако число уменьшенных в диаметре волокон снижается и преобладают мышечные волокна нормального строения, иногда увеличенные в объеме. В строме органа снижается плотность расположения сосудов. Const капилляр/мышечное волокно составляет 80,3% от контрольного уровня (рис. 1а), при этом численная плотность мышечных волокон и капилляров составляет соответственно 218,7% и 174,8% от контроля (рис. 4б,в).

Относительный объем микрососудов через 4 недели дистракции составляет 265,4%, а поверхностная плотность - 244,7% от контрольного значения. Через месяц фиксации наблюдается увеличение (Р<0,001) объемной плотности в 1,2 раза и недостоверное увеличение поверхностной плотности микрососудов по сравнению с периодом дистракции 28 дней, составляя соответственно 303,9% и 270% от контроля (рис. 3а,б)).

Вероятно, адаптационный процесс в микро-циркуляторном русле удлиняемой конечности при исследуемом режиме имеет двусторонний характер, связанный, во-первых, с расширением просвета микрососудов (достоверное повышение объемной плотности), во-вторых, с новообразованием сосудов мелкого диаметра (недостоверное повышение поверхностной плотности).

Объемная плотность мышечных волокон через 4 недели дистракции уменьшается в 1,1 раза, через 30 дней фиксации - в 1,2 раза относительно контроля (рис. 2а). При этом относительная площадь поверхности мышечных волокон достоверно увеличивается через 28 дней дистрак-ции в 1,4 раза, через 30 дней фиксации - в 1,5 раза (рис. 2б). Кроме того, значительное увеличение численной плотности мышечных волокон в 2,5 раза к 28 дню дистракции и 2,9 раза через 30 дней фиксации дает возможность заключить, что происходит интенсивное новообразование мышечных волокон (рис. 2в).

Относительный объем соединительной ткани в исследуемом режиме удлинения конечности подвергается следующим изменениям: через 28 дней дистракции составляет 180,3%, через 30 дней фиксации - 234,8%, через месяц после снятия аппарата - 192,4% от контрольного уровня (рис. 4а). Полученные данные свидетельствуют о гиперпластической реакции со-

единительно-тканных элементов эндомизия, возникающей в ответ на растяжение мышцы.

Вторичный параметр отношения площади поверхности микрососудов к площади поверхности мышечных волокон (рис. 1б) характеризует площадь гематотканевой диффузии [1]. Этот показатель максимально возрастает на 14 день дистракции (в 2 раза выше контрольного уровня). К 28 дню удлинения голени площадь гематотканевой диффузии несколько снижается относительно предыдущего срока эксперимента и повторяется через 30 дней после снятия аппарата, оставаясь выше контроля в 1,7 раза. Через 30 дней фиксации голени в аппарате площадь гематотканевой диффузии выше контрольного значения в 1,8 раза (рис. 1б).

Вторичные параметры: минимальное межкапиллярное расстояние и радиус диффузионного цилиндра достоверно уменьшаются (рис. 1в). Минимальное значение радиуса диффузионного цилиндра - 14,9 мкм наблюдается на 28 день дистракции и в 1,6 раза ниже контрольного значения, что свидетельствует об интенсификации кровообращения и улучшении снабжения мышц кислородом. Минимальное межкапиллярное расстояние при этом также в 1,6 раза ниже контрольного значения. Через 30 дней фиксации голени в аппарате радиус диффузионного цилиндра и минимальное межкапиллярное расстояние в 1,5 раза, а через месяц после снятия аппарата - в 1,3 раза ниже контроля (рис. 1в).

Проведенные исследования показали, что при удлинении конечности у взрослых беспородных собак в режиме дистракции 1 мм за 8 приемов в день, происходит увеличение объема микроциркуляторного русла, увеличение диаметра микрососудов, а также новообразование капилляров. Повышение интенсивности кровоснабжения приводит к гиперпластической реакции со стороны миогенных и соединительнотканных элементов мышцы, о чем свидетельствуют полученные данные увеличения поверхностной и численной плотности мышечных волокон и объемной плотности эндомизия. Эти показатели достоверно возрастают к 28 дню дист-ракции и в периоде фиксации голени в аппарате. После снятия аппарата они имеют четкую тенденцию к снижению.

Таким образом, при удлинении голени у взрослых беспородных собак аппаратом Илиза-рова в заданном режиме в передней большебер-цовой мышце активизируются адаптационно -приспособительные механизмы сохранения структуры органа.

% 250

Ингжтя Дистракция сери 14 дней

Дистракция Фиксация 28 дней 30 дней

Без аппарата 30 дней

Рис. 1. Динамика вторичных стереологических параметров в % от нормы, характеризующих состояние передней большеберцовой мышцы при 8-кратной дробности дистракции: (а) отношение капилляр / мышечное волокно; (б) площадь гематотканевой диффузии; (в) радиус диффузионного цилиндра и минимальное межкапиллярное расстояние

%350 300 250 200 150 100 50 0

а - я - б -л- в

ш •А

- ^ _

^ Ж т Ш Ш » - - - ш • т а ц

Срокэкспернмеита

Интактная серия

Дистракция 14 дней

Дистракция 28 дней

Фиксация Без аппарата 30 дней 30 дней

Рис. 2. Динамика объемной (а), поверхностной (б) и численной (в) плотности мышечных волокон в % от нормы в передней большеберцовой мышце при 8-кратной дробности дистракции

%350 300 250 200 150 100 50 0

* а   - б —в

. -вХ

^

Срок эксперимент

Интактная Дистракция Дистракция Фиксация Без аппарата серия 14 дней 28 даей 30 дней 30 дней

%350

300 250 200 150 100 50 0

—•—а - • - б -А- в

Г-

—

Срок эксперимента

Интактная Дистракция серия 14 дней

Дистракция Фиксация Без аппарата 28 дней 30 дней 30 дней

200

50

Рис. 3. Динамика объемной (а), поверхностной (б) и численной (в) плотности микрососудов в % от нормы в передней большеберцовой мышце при 8-кратной дробности дистракции

Рис. 4. Динамика объемной плотности соединительной ткани (а), численной плотности мышечных волокон (б), численной плотности микрососудов (в) в % от нормы в передней большеберцовой мышце при 8-кратной дробности дистракции

1. Илизаров Г.А., Щудло М.М., Мигалкин Н.С. Новообразование, регенерация и рост кровеносных сосудов под влиянием напряжения растяжения // Структура и биомеханика скелетно-мышечной и сердечно-сосудистой систем позвоночных: Тез. докл. Республ. конф. - Киев, 1984. - С. 38-40.

2. Чикорина Н.К. Об источниках роста и регенерации скелетных мышц в условиях дозированного растяжения // Структура и биомеханика скелетно-мышечной и сердечно-сосудистой систем позвоночных: Тез. докл. республ. конф. - Киев, 1984. -С. 60-161.

3. Результаты исследований функциональных изменений в конечности в зависимости от ритма дистракции в эксперименте / М.С. Сайфутдинов, А.Д. Наумов, Н.И. Гордиевских, С.А. Ерофеев // Метод Илизарова - достижения и перспективы: Тез. докл. международ. конф. - Курган, 1993. - С. 361-362.

4. Состояние сосудистого бассейна мышц конечности при разных режимах удлинения (морфо - функциональные исследования) /

B.И. Шевцов, С.Н. Асонова, А.Д. Наумов, С.А. Ерофеев, Н.И. Гордиевских, Л.С. Кузнецова, Г.Н. Филимонова // Гений ортопедии. - 1997. - № 2. - С. 5-11.

5. Функциональные характеристики и стромально - паренхиматозные соотношения в мышцах голени, удлиняемой с разной дробностью дистракции / С.Н. Асонова, С.А. Ерофеев, М.С. Сайфутдинов, Г.Н. Филимонова // Тез. докл. XXVII науч. - практ. конф. врачей Курган. обл. - Курган, 1995. - С. 110.

6. Лойда З. и др. Гистохимия ферментов / З. Лойда, Р. Госсрау, Т. Шиблер. - М.: Мир, 1982. - С. 87-88.

7. Морфометрический и стереологический анализ миокарда. Тканевая и ультраструктурная организация / Л.И. Непомнящих, Е.Л. Лушникова, Л.В. Колесникова и др. - Новосибирск, 1984. - 159 с.

8. Илизаров Г.А. Значение факторов напряжения растяжения в генезе тканей и формообразовательных процессах при чрескост-ном остеосинтезе // Чрескостный остеосинтез в ортопедии и травмотологии: Сб.науч.работ КНИИЭКОТ. - Курган, 1984. -

C. 4-40.

Рукопись поступила 17.11.99.